ундаментальными составными структурами биологической системы являются самые ранние с точки зрения эволюции композиционные уровни, как их называет Дойл, которые состоят из субатомных частиц, атомов, молекул и прочих элементов, каждый со своим протоколом. Другие уровни могут включать в себя частицы, чьи протоколы описывают внутри- и межмолекулярные взаимодействия, третьи содержат протоколы осуществления динамических взаимодействий, описывающие изменения и развитие, а на контролирующих уровнях протоколы частиц задают обратную связь для настройки отклика системы. Протоколы контроля регулируют поведение системы, когда она сталкивается с различными внутренними и внешними возмущениями. И уж в чем мы точно уверены, так это в том, что системам контроля во взрослеющем человеческом мозге требуется больше времени для полного развития, чем многим другим системам. Если вы в этом сомневаетесь, попробуйте нарушить покой подростка.
Контроль предупреждает случайные действия в системе и тем самым обеспечивает порядок и безошибочную работу. Задумайтесь: если наши нейроны начнут возбуждаться как попало, мы не то что по канату пройти не сможем, а даже ложку до рта не донесем. Системы контроля могут быть настроены как на оптимальный режим для выбора тактики поведения при усредненном, безразличном к риску сценарии, так и на строгий, чувствительный к риску контроль поведения в неблагоприятных условиях. Оптимальные контролирующие системы, как и следует из их названия, – лучший выбор для решения конкретной задачи. Однако при других непредвиденных обстоятельствах они могут оказаться в той или иной степени ненадежными[27]. По этой причине в современных технических системах используется преимущественно строгий контроль – впрочем, скрытый, обнаружить его можно лишь по тому признаку, что в норме не происходит ничего вроде аварий, срыва потока и тому подобных вещей[28]. «Боинг-777» триумфально преодолевает грозовые зоны именно благодаря тому, что его системы управления не оптимизированы для полета в безоблачном небе, а настроены на жесткий контроль при плохой погоде.
Большинство нейробиологов придерживаются той точки зрения, что системы контроля в мозге оптимизированы, однако нейробиолог, инженер и врач Дэниел Уолперт с этим не согласен. По его мнению и мнению его коллег, регуляция моторики у человека лучше всего объясняется строгим контролем[29]. В системах строгого контроля предусмотрены жесткие ограничения по надежности и эффективности[30], в них все время ищется компромисс между скоростью и точностью, скоростью и приспосабливаемостью, приспосабливаемостью и эффективностью, скоростью и затратами и так далее. И все эти компромиссы детально задокументированы в самых разнообразных сознательных и подсознательных процессах обработки информации[31].
Для Уолперта контроль моторики – это основа основ. Один из ярых приверженцев идеи о верховенстве моторики, он принадлежит к славной когорте ученых, в которую входят нобелевский лауреат сэр Чарльз Шеррингтон, автор слов «цель жизни – не размышления, а действие», и Роджер Сперри, который призывал нас «объективно рассматривать мозг как то, чем он и является, – как механизм для управления двигательной активностью»[32]. В конце концов, еда на столе и дети появляются в результате активных действий, а не размышлений. Наши предки выжили и оставили потомство благодаря своим активным действиям. Уолперт – вероятно, лидер в этом направлении на сегодняшний день – утверждает, что мы обладаем мозгом исключительно потому, что способны двигаться, подстраиваясь под внешние условия[33]. Прежде чем сердито возразить, вспомните, что сердце – это мышца, без сокращений которой вы не выживете. Мы добываем пищу, пережевываем и перевариваем ее тоже за счет двигательной активности. Без еды мозг не может функционировать и, безусловно, не может создавать творческое пространство нашей жизни – литературу, искусство и музыку, – ибо без двигательной активности, которая средствами устной и письменной речи, жестов и мимики реализует творческие мысли во внешнем мире, оно в любом случае не вышло бы за пределы внутреннего пространства мозга. Мы должны задуматься о том, на какую позицию выводит нас эта мысль. Если наш мозг эволюционировал как система управления моторикой тела, то мышление, составление планов, память, чувственные восприятия и прочее – все это только инструменты, усложняющие многоуровневую архитектуру, созданную ради ужесточения контроля над моторикой в условиях изменчивой и непредсказуемой среды обитания. То же самое справедливо для обучения и когнитивной деятельности. Как всегда в таких случаях, добавленные в ходе эволюции уровни неизбежно привносят в систему и свои уязвимые точки.
Если вы нечаянно коснетесь раскаленной плиты, автоматический рефлекс вызовет вашу исходящую реакцию – вы отдернете руку раньше, чем осознаете боль. Это регулирование по механизму обратной связи на уровне периферической нервной системы. Быстродействующие, крупные, покрытые оболочкой (следовательно, дорогостоящие) нейроны спинного мозга в тот же миг, без помощи сознательного мозга, побуждают вас отскочить от вызывающего боль раздражителя. Это автоматический рефлекс, быстрый, требующий больших затрат энергии, не подчиняющийся осознанию, но не поддающийся изменчивости. Вы отдергиваете руку одним легким движением, не бывает такого, чтобы рука тихонько затрепетала, словно крылышки бабочки. Однако спустя мгновение подключаются медленные и тонкие специфические нервы и передают информацию о раздражителе: ой-ой-ой, пальцу больно! А что потом? Медленное осознание генерирует различные реакции – что следует сделать, чтобы облегчить страдания сейчас и не испытать их снова в будущем: вы можете сунуть палец в рот, в миску с ледяной водой или смазать соком алоэ. Вы намерены больше никогда не прикасаться к включенной конфорке. Когнитивный процесс – точный, экономичный и изменяемый, но медленный. Иногда можно и не спешить, однако при определенных условиях промедление смерти подобно.
Обучение и когнитивную деятельность можно принять за такие хитроумные уровни контроля, которые развились в попытках просчитать пока еще не возникшие раздражители и выработать устойчивость перед потеницальными потрясениями. Один из способов – использовать обратную связь из прежнего опыта с теми же раздражителями (память), но такая обратная связь может дать больше, чем настройка стимулирующей входной информации. Со временем можно внести изменения в протокол уровня – этот процесс мы называем обучением.
Различные механизмы обучения позволяют людям, животным и некоторым другим организмам подготовиться к будущему. Впервые попробовав невкусную еду, животное научится впредь избегать этого раздражителя. Как известно, факт обучения свершился, если та же самая входная информация («Горячо! Не трогай») по прошествии какого-то времени вызывает другую реакцию организма. Протокол «ешь птиц» изменился на «ешь любых птиц, кроме ворон», а «потрогай, чтобы понять, что это» на «потрогай, чтобы понять, что это, но не трогай плиту».
Хотя нам от рождения свойствен некоторый автоматизм – скажем, врожденный болевой рефлекс, – каким-то автоматическим поведенческим реакциям мы учимся. Благодаря тренировке кое-какие формы поведения можно переместить с замысловатого, но медленного уровня сознательного контроля на более низкий, но быстродействующий уровень автоматических бессознательных действий. Например, когда вы отрабатываете свинг в гольфе, память о предыдущих попытках подсказывает вам, где приземлится мячик. Выполнив замах и удар, вы смотрите, куда упал мяч, – и получаете обратную связь. Да что ж такое! Тогда вы делаете следующую попытку и бьете чуть иначе, чуть более удачно. По длине замах нормальный, но немного шире, чем надо. Ладно, выполним свинг еще раз. Хорошенько потренировавшись, вы будете почти всегда посылать мяч точно в цель – если, конечно, вам не помешают ни внешние возмущения вроде порыва ветра или шуточки, отпущенной под руку вашим приятелем, ни внутренние, такие как чувство жажды, напряжение в мышцах или непрошеные мысли о… да неважно, о чем. Вам больше не надо будет думать о контроле своих движений, вы доведете их до автоматизма.
Устойчивость к будущим возмущениям подразумевает, в частности, и планирование того опыта, которого вы, возможно, еще не испытывали. Мы представляем себе картину будущего, исходя из внутренних моделей. Вспоминаем прошедшие события и перетасовываем воспоминания, пытаясь выработать план действий в той или иной возможной ситуации. Следовательно, протокол моделирования будущего на этом специфическом уровне контроля является ограничивающим и освобождающим одновременно. Именно это вы и делали, когда выбирали экипировку для северной экспедиции по принципу обратного конструирования. Сначала, памятуя о своем прежнем опыте в похожих ситуациях, вы спрогнозировали вероятные трудности и представили себе свои ощущения в будущем. Вы вспомнили, что чувствовали тогда не то, что хотелось бы, и на этот раз, желая приспособиться к внешним условиям, подобрали более устойчивое к холоду и влаге облачение. По мере накопления опыта и сформировавшихся под его влиянием воспоминаний в протокол планирования закачивается больше информации, и она может составить более широкий спектр будущих сценариев. Чем богаче ваш опыт, тем более широкий выбор предоставляет вам мозг.
Применить концепцию уровней к такой невероятно сложной биологической системе, как мы с вами, на деле означает встать на определенную позицию, выработать идеологию для анализа работы нежного биологического организма. Разбиение объектов на уровни подсказывает инженеру принципиальный подход к конструированию мозга. Несмотря на то, что никто еще не приблизился хоть сколько-нибудь к этой цели, нейробиологам, которые неустанно трудятся в своих лабораториях, изучая нейроны и небольшие нейронные цепи, эта концепция помогает понять, как интерпретировать свои открытия. Становится примерно ясно, как организовать сложную, насыщенную локальными структурами систему, чтобы решить грандиозную задачу – например, построить тот самый оперный театр.