Самое главное, исследователи признали, что реакция отдельного нейрона на изображение не делала его единственным нейроном, участвующим в распознавании образа. Просто это была та клетка в соответствующей сети, реакцию которой они записали. Ученые подсчитали, что, предположительно, около миллиона нейронов будет активировано каждым стимулом. Многие из клеток реагируют на аспекты образа или концепта, которые также будут задействованы иным стимулом, но в пределах другой нейронной сети [18]. Это объясняет, почему исследователям так повезло, что они нашли конкретную клетку, реагирующую на Дженнифер Энистон: такой нейрон не единичен, их – миллионы. В действительности нас поражает точность реакций отдельных клеток, которые регистрируют ученые. Но, как заметил Рафаэль Юсте, нужно сосредоточиться на сложности лежащих в основе нейронных цепей и меняющихся паттернах многоклеточной активности, которые происходят, когда мы видим знакомое изображение [19].
Есть два вида потоков зрительной информации – «где» и «что». Поток «где» в мозгу связан с кодировкой информации, а поток «что» с идентификацией увиденного.
Существование выделенных цепей более высокого уровня в зрительном восприятии было подчеркнуто в 1992 году[234], когда Дэвид Милнер и Мелвин Гудейл предположили, что в мозге млекопитающих существуют два отдельных потока зрительной обработки с различными выходными функциями [20]. После первичной обработки в зрительной коре в задней части мозга визуальная информация разделяется на два пути. Один из них идет в верхнюю часть мозга[235] – так называемую систему «где», или дорсальный поток, который предположительно кодирует информацию о пространственном местоположении обнаруженного объекта, проецируя данные в моторную кору. Другой путь, который пролегает глубже, в нижней части коры головного мозга[236], называется вентральным потоком и иногда системой «что». Он связан с идентификацией увиденных объектов. Вентральный поток связан с областями мозга, ответственными за формирование памяти и социальное поведение. Между двумя потоками есть связь: в какой-то момент вы, взглянув на кошку и желая ее погладить, должны будете задействовать их оба.
Различия между двумя потоками – «где» и «что», дорсальным и вентральным, распознаванием и действием – подчеркивают сложность функциональной локализации в мозге [21]. Локализованная функция предполагает наличие не только физических характеристик стимула, но и таких его аспектов, которые требуют от организма готовности реагировать определенным образом – тянуться к объекту или помнить о нем [22]. Данный идея функциональной локализации гораздо более пластична, нежели окостеневшее представление, будто все аспекты восприятия бабушки находятся в одной и той же области [23]. Но по мере того, как растет число взаимосвязей и обнаруживается участие различных сенсорных модальностей в сходных нейронных путях, идея о том, что функция полностью локализована, постепенно ослабевает. Наше понимание того, что именно локализовано, становится все более запутанным – или, если хотите, более богатым.
Предельный вид локализации, предложенный Хьюбелом и Визелем и – в ограниченной степени – существованием «клеток Дженнифер Энистон», может быть описан в терминах активности отдельных нейронов. В 1972 году кембриджский физиолог Гораций Барлоу сформулировал «пять догм» о связи между активностью отдельных нейронов и ощущением [24]. Эти «догмы» на самом деле были просто предположениями или гипотезами, которые могли сосредоточить внимание на том, как работает нервная система, и привести к будущим экспериментам. Барлоу явно позаимствовал свой подход и сам термин «догма» из концепции Фрэнсиса Крика о генетической основе синтеза белка, высказанной в лекции 1957 года[237], которая помогла создать невероятно успешную структуру молекулярной биологии [25]. Статья Барлоу сильно повлияла на науку – когнитивист Маргарет Боден назвала ее революционной [26].
Отправной точкой позиции Барлоу – его первой «догмой» – было то, что полное представление о работе нервной системы требует описания не только деятельности клетки, но и ее роли как сетевого узла. Основной принцип функционирования таких сетей, утверждал Барлоу, заключается в том, что «на все более высоких уровнях сенсорных путей информация о физическом раздражителе передается все меньшим количеством активных нейронов». Чтобы объяснить эту идею, Барлоу сослался на мысль, высказанную в 1890 году Уильямом Джеймсом, утверждавшим, что в мозгу должна быть «папская клетка», которая, как и папа римский, является главой всех других клеток мозга [27]. Хотя такой анатомической структуры не существует, термин «папская клетка» закрепился как способ описания высокоиерархической теории организации мозга. Барлоу предположил, что, хотя и не было никакой «папской клетки», могло существовать то, что он в шутку называл «кардинальскими клетками». Как и в католической церкви, они бы располагались ниже по иерархии и были представлены в большем количестве, хотя только единицы из подобных нейронов проявляли бы активность постоянно [28]. Барлоу подчеркивал, что нейроны реагируют на особенности окружающей среды способом, который был сформирован в ходе эволюции и который включает в себя факторы и наследственности, и окружающей среды. Частота, с которой срабатывает нейрон, может быть принята в качестве меры «субъективной уверенности»: чем выше скорость срабатывания, тем более вероятно, что причина активности нейрона действительно присутствует в реальном мире. Что касается того, что происходило во время этой обработки, Барлоу утверждал, что объекты представлены в нейронной активности как символическая абстракция. Данную идею ученый позаимствовал из работы Кеннета Крейка, написанной тремя десятилетиями ранее. Согласно ей, определенные элементы стимула кодируются в нейронной активности, позволяя мозгу обрабатывать только эти ключевые абстракции.
Нет никаких доказательств чего-либо нематериального в наших головах или в голове любого другого животного.
Бросая вызов сложнейшему вопросу, каково это – обладать сознанием, Барлоу настаивал на том, что «нет ничего другого, что наблюдает или контролирует мыслительную деятельность». Чтобы понять, как нервные системы управляют поведением, нет необходимости воображать какого-то гомункулуса, обитающего у нас в голове и наблюдающего за реакцией нейронных цепей. Как выразился Барлоу в своей четвертой догме, «активные нейроны высокого уровня прямым и непосредственным образом порождают элементы нашего восприятия» [29]. Активность нейронных сетей определяет поведение и восприятие, в том числе и у человека. Это все, что есть в головах, и неважно, кто ты – муха дрозофила или человек. В 2009 году Барлоу задался вопросом, не прозвучало ли данное утверждение слишком резко – не потому, что сомневался в его верности, а потому, что, несмотря на все промежуточные исследования, до сих пор не обнаружилось никаких доказательств. «Теперь мне трудно даже представить себе что-либо научное, что объяснило бы личные и субъективные аспекты восприятия», – сказал он [30]. Как бы трудно ни было представить природу сознания, факты остаются фактами.
Нет никаких доказательств чего-либо нематериального в наших головах или в голове любого другого животного.
В целом догмы Барлоу за прошедшие годы хорошо себя зарекомендовали. В частности, его идея «кардинальских клеток» была переработана в терминах так называемого «разреженного кодирования». Согласно этой концепции, чем выше уровень репрезентации, тем меньше клеток задействуется и тем разреженнее их активность, но тем более значима она как с точки зрения общей активности системы, так и представления стимула.
Догмы Барлоу отражали новый редукционистский подход к работе мозга, при котором ученые пытались понять внешне простые нервные системы, чтобы пролить свет на функционирование более сложных форм. Одно из самых ранних подтверждений целесообразности такого подхода было найдено самим ученым в исследовании 1953 года. Барлоу обнаружил нейроны-распознаватели мух в сетчатке лягушки, а также их способность запускать хватающее поведение у животного. Сложные и эволюционно значимые модели поведения порой создаются простейшими нейронными сетями, которые могут фактически не вовлекать мозг в значительной степени. Чтобы исследовать эту проблему, был испробован ряд различных подходов, все с использованием одной и той же редукционистской логики. Примерно в то же время, когда Эрик Кандел занимался изучением энграммы аплизии, в начале 1960-х годов некоторые мастодонты золотого века молекулярной биологии обратились к изучению структуры и функций нервной системы.
Наиболее значительный научный сдвиг осуществился благодаря хорошим друзьям Сиднею Бреннеру и Сеймуру Бензеру, вместе создавшим то, что сейчас является основными областями нейробиологии. Бреннер сосредоточился на крошечной нематоде (круглом черве Caenorhabditis elegans) и поставил амбициозную цель изучить организацию и развитие всех ее 900 с лишним клеток, включая 302 нейрона [31]. Хотя червь, строго говоря, не обладает никакой анатомической структурой, похожей на мозг, он способен перемещаться по химическим градиентам, распознавать феромоны и учиться. Работа группы Бреннера, имевшей в своем исследовательском арсенале лишь электронные микроскопы и примитивные компьютеры, а затем и мирового сообщества по изучению червей в итоге привела к пониманию того, как развиваются животные. Данная область исследований – и Бреннер, конечно, – были вознаграждены Нобелевской премией в 2000 году [32].
Сеймур Бензер решил выявить генетические факторы в поведении, создав поведенческих мутантов плодовой мушки Drosophila melanogaster. Хотя дрозофила была использована для создания основы генетики еще в начале XX века, интерес к этому крошечному насекомому ослабел в послевоенные годы после расцвета молекулярной генетики, сосредоточившейся на бактериях и вирусах. Подход Бензера сыграл ключевую роль в возрождении научного интереса к изучению мух. В течение десятилетия после запуска его исследовательской программы он с группой молодых ученых выявил гены, участвующие в регуляции циркадных ритмов