[16], написанной почти двадцать лет назад, они указали путь туда, где мы сейчас находимся. В начале этого пути стоит великий британский невролог XIX века Джон Хьюлингс Джексон. По всеобщему признанию, он был выдающимся врачом – скажем так, первоклассным жокеем. Но когда он брался за перо, то, к сожалению, пересаживался на захудалую лошадку – его труды почти недоступны для понимания. К счастью, другие жокеи, оседлавшие фаворитов, расшифровали его работы для всего мира.
Ученых и медиков, в том числе и Джексона, вдохновил Дарвин. В ходе естественного отбора мозг вел себя, как сенсорно-моторный механизм, и у каждого вида развился свой набор способностей. У человека за координацию действия отвечают высшие, самые сложные слои, но базовые способности вписаны как в высшие, так и в нижние слои. Так, кошка и крыса с удаленной корой мозга по-прежнему демонстрируют различные типы мотивированного поведения – передвижение, вылизывание шкурки, еду и питье. Однако некоторые более сложные поведенческие реакции в отсутствие коры невозможны. Как пишут Прескотт и его коллеги по Шеффилдскому университету,
[Джексон] разделил нервную систему на нижнюю, среднюю и высшую центральные и предположил, что в этой последовательности выражен прогресс от «максимальной организованности» (максимальной жесткости) к «минимальной организованности» (максимальной изменчивости), от «максимальной автоматичности» к «минимальной автоматичности» и от самой «чистой рефлекторности» к наименее «чистой рефлекторности». Эта тенденция предполагает повышение компетенции в том смысле, в каком мы сейчас представляем себе разделение в поведении – высший отдел центральной нервной системы связан с теми же видами сенсорно-моторных координаций, что и низшие, но в большей степени опосредованно[17].
Джексон сразу разглядел последствия своей концепции слоев и ввел в неврологию термин диссоциация – предположил, что те или иные расстройства поведения должны вызываться специфическими поражениями мозга. Если вывести из строя высшие слои, реагировать на раздражители будут только нижние. А они реагируют в пределах своих ограниченных возможностей, что и было описано для кошки, лишенной коры головного мозга.
Само собой разумеется, эта первопроходческая работа подняла вопрос о том, шло ли развитие мозга в процессе эволюции по многослойной схеме. Добавлялись ли отделы мозга медленно, но верно, и подтверждают ли это исследования в области сравнительной анатомии? Да, так оно и есть, и здесь Прескотт блистает. Он разворачивает перед нами длинную, затейливую и увлекательную историю: у всех позвоночных их нынешняя нервная система начала развиваться более 400 миллионов лет назад с базовой схемы – со спинного мозга, нижней части ствола головного мозга, среднего мозга и переднего. Шли тысячелетия, и в переднем мозге формировались модули и слои, что привело не просто к более сложным формам старых структур, а к появлению новых. Например, по мере того как конечности все более ловко выполняли разные действия с предметами, для управления новыми периферийными манипуляторами – иначе говоря, пальцами – нейронная площадь для этих модульных слоев должна была увеличиваться. У позвоночных с развитыми пальцами эти новые нервные пути прослеживаются отчетливо, а если пальцев нет – отсутствуют вовсе. И – в точности так, как предсказывал Джексон, – повреждения переднего мозга приводят к расстройствам функций одной группы модулей, ответственной за тонкую моторику руки, однако другие модули, управляющие более базовыми движениями всей руки, не страдают.
Любой популяции животных выгодно обладать способностью к эволюции, поскольку на этом свойстве зиждется адаптация к новым трудностям. Это определяется как способность организма к фенотипической изменчивости, генерированию наследуемых характерных признаков[18]. Характерный признак, сохранившийся под воздействием естественного отбора, передастся следующему поколению. Всем известный пример – клюв земляных вьюрков с Галапагосских островов, который может быть как совсем маленьким, так и очень большим[19]. И все же один из вопросов, поставленных дарвиновской теорией естественного отбора наследуемых изменений, таков: каковы предпосылки изменчивости и как возникали новые признаки? Самый ходовой ответ – что во всем виноваты главным образом случайные мутации генов – объясняет далеко не все. Биологи ломают головы над этим вопросом уже много лет.
В том числе и биологи из Гарварда Марк Киршнер и его коллега из Беркли Джон Герхарт[20]. Их интересовало, есть ли у современных животных клеточные и эволюционные механизмы с такой характеристикой, как способность к развитию. Иными словами, способны ли они генерировать наследуемую фенотипическую изменчивость? И подвергается ли давлению естественного отбора сама способность к эволюции? То есть, если биологическая система производит больше наследуемой фенотипической изменчивости, повышаются ли ее шансы выиграть эволюционную гонку вооружений?
В животном мире наблюдается невероятное разнообразие форм тела, структур тканей, развития и физиологии организма. И в то же время цепочки, регулирующие экспрессию генов, равно как и многие основополагающие процессы – например биохимические и передача клеточных сигналов, – у всех одинаковы. Кое-какие основные процессы роднят нас, живых существ, с растениями, грибами и миксомицетами – так, деление клеток управляется одними и теми же ферментами. Другие – метаболизм и репликация – у нас протекают так же, как у всех живых организмов вплоть до бактерий. Почему? Потому что у нас много общих геномных последовательностей. В отличие от некоторых своих коллег, Киршнер и Герхарт не считают, что эти основные процессы сдерживают эволюцию. На самом деле они уверены в обратном. По мнению этих ученых, обилие общих основных процессов, их стабильность в течение вот уже 530 миллионов лет и прекрасные результаты объясняются тем, что такие процессы не только не сдерживали, а, напротив, обеспечивали приспособляемость, позволяя передавать потомству удачные генетические вариации. Обеспеченная этими процессами приспособляемость сводилась к фенотипической вариативности в неустойчивых по отношению к внешним переменам процессах. Таким образом, основные процессы стали тем ограничением, которое гарантировало эволюционную изменчивость в непредсказуемой окружающей среде.
И вы совершенно правы, если видите здесь протокол для многослойной архитектуры – «ограничения, которые снимают ограничения». Дойла и Олдерсона огорчает, что биологи большей частью недооценивают роль многослойной архитектуры в формировании изменчивости. Возможно, многослойная архитектура, столь распространенная в биологических системах, и развилась потому, что ее способность генерировать новые признаки в условиях наложенных ограничений давала устойчивость в конкурентной борьбе и была отобрана по принципу «слой или смерть!».
Одно дело распознать многослойную архитектуру, и совсем другое – понять, как взаимодействуют разные слои. Поступающая на один слой самая разнообразная информация должна быть обработана и конвертирована в доступную для восприятия следующим слоем форму. Основные ограничения в многослойной системе накладываются на образование связей между слоями[21]. Подходящая иллюстрация для этой особенности многослойной архитектуры – песочные часы или галстук-бабочка, где протоколу соответствует ограничивающий узел, а сигналы поступают и выходят, как крылья банта. В нашем прежнем примере с проектированием самолетных кресел протокол – это уровень кресла, параметры которого служат узлом. Входящей информацией можно считать все виды стройматериалов, форму, расцветку и так далее. Исходящей – любые модели из разных материалов разных цветов, лишь бы размеры и функции кресел удовлетворяли протоколу. Система в целом подчиняется ограничениям, но вместе с тем, по выражению авторов, это система без границ[22]. Набор входящих сигналов может быть преобразован в разные типы исходящих, поскольку теперь задача слоя может выполняться разными способами. Когда об этом думаешь, кажется, что творятся чудеса. Глядя на робота с правильной многослойной архитектурой, почти веришь в то, что опутанная проводами система с заданным набором реакций и впрямь способна мыслить, чувствовать и сомневаться, словно живое существо. Эту гибкость системе дает ее архитектура[23].
Тот факт, что многослойный протокол накладывает ограничения и одновременно раскрепощает систему, имеет решающее значение. Я хочу, чтобы вы это твердо усвоили, так что вот вам еще один пример. Вернемся опять к многослойной экипировке и рассмотрим целый ряд возможных вариантов для каждого слоя. Скажем, уровень утепления (его ограничивающий протокол – удерживать тепло тела) в качестве входящих условий допускает все типы одежды, а исходящих – различные варианты костюма. Это может быть плащ-накидка из медвежьей шкуры с шерстяными штанами, пальто из шерстяной ткани с кашемировым свитером и штанами из овчины, куртка из полипропиленового флиса с норковым жилетом и брюки из прорезиненной ткани для гидрокостюмов. Ваша одежда может застегиваться на молнию или надеваться через голову, это может быть комбинезон или комплект из куртки со штанами. Возможен высокий отворачивающийся воротник, а манжеты и низ штанов могут быть на резинке, но это необязательно. Цвет и размер – любые. Протокол слоя утепления, несмотря на ограничения (удерживать тепло тела), одновременно снимает ограничения разными способами, что предоставляет вам широчайший выбор. По Дарвину, это естественный отбор признаков вида. Мы видим, как приспособляемость позволяет слою эволюционировать от накидки из медвежьей шкуры до куртки из полипропиленового флиса цвета фуксии, размера L, с капюшоном и на молнии. И с карманами. Это наглядная иллюстрация важнейшего свойства многослойной архитектуры – она разрешает изменения, которые происходят в течение длительного времени, от нарядов Фреда и Уилмы Флинтстоунов до костюма