Те же аргументы справедливы в отношении синаптической пластичности и памяти. Если мы хотим воспроизвести мозг конкретного человека с его памятью, нам нужно знать не только все специфические связи, но и силу каждой из них. Если же мы преследуем цель создать еще одного «человека», у которого со временем сформируются собственные воспоминания и личность, то достаточно лишь встроить правила пластичности в каждый синапс. Это проще, чем получить специфическую информацию для каждого из синапсов, которая необходима для создания искусственной версии конкретного человека (в тот или иной момент его жизни).
Даже осознав, что необычайно сложную работу мозга можно разбить на ряд поддающихся решению задач, нелегко представить, как связать все это с поведением, познанием, эмоциями и памятью. На этом этапе нам помогут мысленные эксперименты. Они называются мысленными, поскольку мы не в состоянии провести их в реальности — из-за неосуществимости, дороговизны или чего-то еще. Но сам процесс, когда мы воображаем эти эксперименты и их результат, может быть чрезвычайно познавательным. Эйнштейн использовал мысленные эксперименты с путешествием на световом луче для обдумывания идей, которые легли в основу специальной теории относительности. К счастью, нам не обязательно быть Эйнштейнами, чтобы прибегать к мысленным экспериментам для понимания того, как работает мозг.
Начнем с самого простого. Рассмотрим такой базовый рефлекс, как моргание — реакцию на прикосновение к коже вблизи глаза. Прикосновение возбуждает сенсорные нейроны, окончания которых находятся в коже, а аксоны тянутся в спинной мозг, где через возбуждающие синапсы активируют другие нейроны. Эти нейроны, в свою очередь, возбуждают нейроны другого типа, получившие название моторных, которые передают сигналы в мышцы века, вызывая рефлекторное моргание. Представим, что у нас есть техническая возможность изготовить искусственные устройства, достаточно маленькие, чтобы заменить нейроны, участвующие в этом рефлексе. После такой замены рефлекс будет работать точно так же, как с настоящими нейронами: прикосновение к коже вызовет рефлекторное моргание, неотличимое от обычного.
Когда мы на что-то смотрим, нервные процессы в глазу по сути не отличаются от процессов при рефлексе моргания, только они гораздо сложнее. Клетки фоторецепторов сетчатки воспринимают свет и с помощью сети нейронов сетчатки преобразуют его в электрические сигналы, которые по зрительному нерву передаются в мозг. В сетчатке возбуждаются или тормозятся несколько слоев нейронов, в зависимости от последовательности входящих сигналов и правил, которые использует каждый нейрон для преобразования входящих сигналов в исходящие. Эти исходящие сигналы, передаваемые посредством аксонов и синапсов, в свою очередь, становятся входящими для областей мозга, в которых активность нейронов управляет восприятием визуальной картины и реакцией на нее. Если применить аналогичную технологию искусственных нейронов к этой гораздо более сложной сети, результат будет тем же. Замена биологических нейронов искусственными аналогами никак не изменит восприятие данной визуальной картины. Паттерны активности и исходящие сигналы будут такими же, даже если процессы, вызывающие возбуждение искусственных нейронов, абсолютно не похожи на процессы в биологических нейронах.
Теперь представим, что наша технология не столь совершенна. Мы умеем создавать искусственные нейроны, но не можем сделать их достаточно маленькими, чтобы поместить в мозг. Вместо этого мы можем изготовить устройства, которые воспринимают нейромедиаторы (из настоящих нейронов или искусственных) и могут сами вырабатывать нейромедиаторы для соседей, биологических или искусственных. Допустим, правила преобразования определенного набора входящих сигналов в соответствующий набор исходящих не могут выполняться в этом физическом устройстве. Тогда такое преобразование должно осуществляться компьютером, а сигналы между компьютером и имплантированными устройствами будут передаваться посредством двусторонней беспроводной связи — наподобие усовершенствованного интерфейса Bluetooth. Мысленный эксперимент показывает, что даже при такой удаленной обработке информации поток данных по цепи нейронов может быть тем же самым. Каждый искусственный нейрон будет активироваться такими же последовательностями входящих импульсов, что и настоящие нейроны[493].
Таким образом, если мы сможем заменить каждый нейрон мозга искусственным устройством, которое будет выполнять тот же набор правил с той же скоростью, то нет никаких оснований считать, что поведение человека с таким мозгом или его сознание будут другими. Более того, любое физическое вычислительное устройство может быть реализовано в виде компьютерной программы. Это означает, что в конце концов у нас появится возможность поставить величайший эксперимент — превратить все наши знания о мозге в компьютерную программу, обладающую разумом. Правда, для этого потребуется не только мозг. Азиф Газанфар в своем эссе в этой книге напоминает, что для получения множества разнообразных входящих сигналов мозгу необходимо тело.
Вернемся из мира мысленных экспериментов в реальный мир. Нейробиологи уже создают компьютерные симуляции разных частей мозга. Они пишут программы, реализующие правила ввода-вывода настоящих нейронов. Эти программы постепенно загружаются в память компьютера. Для симуляции всего мозга требуется множество таких программ, каждая из которых скопирует работу определенного типа нейронов. Связь реализуется хранением в той же области памяти перечня нейронов, с которыми связан конкретный нейрон. Таким образом, каждый раз, когда искусственный нейрон генерирует исходящий сигнал, область памяти, хранящая перечень следующих нейронов цепи, информирует их об этом, и их активность меняется. Подобные симуляции могут быть чрезвычайно полезны для нейробиологов. Они позволяют выявить пробелы в наших знаниях, если работают неправильно, а при правильной работе помогают понять, как все устроено, и спланировать новые эксперименты. Тем самым эксперименты способствуют усовершенствованию симуляций, а симуляции помогают выстраивать эксперименты и интерпретировать их результаты.
Вероятно, до создания искусственного разума еще далеко. Помимо технических, предстоит решить еще и этические проблемы: как относиться к этому порождению человеческого гения. Но в отличие от квантовой гравитации или полетов к другим галактикам, на этом пути нет теоретических барьеров.
ЗаключениеДэвид Линден
Я НАЧАЛ РАБОТУ НАД ЭТОЙ КНИГОЙ с простого вопроса, который задал тридцати девяти нейробиологам: «Что бы вы больше всего хотели рассказать людям о работе мозга?» Ответы отражают профессиональные интересы и индивидуальные склонности каждого из них. Конечно, если бы я выбрал тридцать девять других ученых, книга получилась бы иной. Но несмотря на то, что этот сборник по определению не может быть исчерпывающим, я убежден, что в нем рассматривается ряд наиболее важных вопросов, касающихся работы нервной системы.
Самые сложные поведенческие особенности, такие как стеснительность, сексуальная ориентация или стремление к новизне, обусловлены сочетанием генетических факторов и факторов внешней среды, а также их взаимодействием. К факторам внешней среды относятся как биологические факторы, например гормоны, действующие на нас в утробе матери и в младенчестве, так и опыт взаимодействия (в том числе социального) с окружающим миром. На молекулярном уровне один из способов формирования нервной системы посредством опыта — включение и выключение экспрессии генов в нейронах (когда генная информация преобразуется в белок).
Опыт формирует мозг разными путями — в процессе развития, на протяжении всей жизни и в ответ на повреждения. Формирование многочисленных связей в мозге — чрезвычайно сложная задача, и ее не могут решить одни лишь генные механизмы. Решение, по всей видимости, состоит из двух частей. Во-первых, для управления связью между конкретными нейронами могут использоваться очень простые правила. Во-вторых, мелкие детали схемы соединений и электрические свойства нейронов и синапсов настраиваются под воздействием опыта. Эта нейропластичность очень важна для развития мозга в перинатальный период и в раннем детстве. Нейропластичность сохраняется на протяжении всей жизни и служит основой памяти и некоторых проявлений человеческой индивидуальности. Нам жизненно необходимо адаптировать мозг и нервную систему к меняющемуся телу и в ответ на повреждения тела и мозга. Нейропластичность также позволяет реагировать на перемены, изменяя мозг: быстро для использования тех или иных инструментов или медленно, но глубоко в ответ на регулярные тренировки, как в спорте или в музыке.
Наше восприятие мира (и своего тела) активно конструируется мозгом. Нервная система не предназначена для того, чтобы давать нам максимально точное отображение внешнего мира. Скорее она предлагает нам ту картину мира, которая в прошлом способствовала выживанию и передаче генов следующему поколению. Не бывает чистых ощущений. Наш мозг устроен так, чтобы выбирать и выделять некоторые проявления ощущаемого нами мира, а затем соединять наши ощущения с эмоциями и ожиданиями. Мы «запрограммированы» обращать внимание на перемены во внешней среде и игнорировать то, что остается неизменным. Наше восприятие времени искажено ожиданием вознаграждения. Конечная цель всех наших ощущений — это полезные решения и действия, а не точность и объективность.
большая часть работы мозга протекает за пределами сознательного восприятия. Например, рецепторы вкуса во рту не только формируют ощущение вкуса и аромата, но и готовят пищеварительную систему к поступлению пищи. Благодаря практике даже сложные действия, такие как возвращение с работы домой на автомобиле, превращаются в привычку, и мы перестаем о них думать. Значительная часть мозга занята предсказанием того, что произойдет в следующие несколько секунд, и эти бессознательные расчеты не требуют нашего внимания.