Рассмотрим еще один пример предсказаний мозга. Глухие люди, впервые надевшие Neosensory-браслет (напомню, он трансформирует звуки в вибрации на коже), обычно изумленно восклицают: «Смотри-ка, он ловит мой собственный голос!» Это всегда немного пугает: по идее, они не должны слышать собственную речь. (Обычный человек всегда улавливает звук своего голоса. При разговоре он звучит для него громче голосов собеседников, потому что рот ближе всего к ушам. Однако человек, лишенный слуха, зачастую может спрогнозировать, как будут звучать произносимые им звуки, но едва ли слышит себя.) Пользователей браслета поражает также громкость других предсказуемых звуков, на которые обычно мало кто обращает внимание: шум спускаемой воды в туалете, стук закрывшейся за ними двери, звук своих шагов. И дело не в том, что слуховая система не улавливает эти звуки, а в том, что глухие люди активно предсказывают их возникновение. При ношении браслета это проявляется в полной мере: вы и поверить не можете, насколько громкий звук у этих «событий», потому что мозг еще не научился предсказывать поступающие от запястья сигналы.
* * *
Итак, ваш мозг активно изменяется, потому что это позволяет ему затрачивать меньше энергии. Но здесь действует и более глубинный принцип: в своих черепных потемках мозг стремится выстроить внутреннюю модель внешнего мира.
Дома вы уделяете мало внимания окружающей обстановке, потому что у вас уже есть ее модель. Другое дело, когда вы едете по незнакомому городу в поисках дороги к определенному ресторану. Тут вы вынуждены внимательно смотреть по сторонам — на таблички с названиями улиц и вывески магазинов, дорожные знаки и номера домов, — потому что мозг еще не имеет надежной модели, чтобы оправдать ваши ожидания.
А кстати, как вы выстраиваете корректную внутреннюю модель реальности? В чем состоит нейронная технология, позволяющая вам брать крупным планом те единицы информации, которые не соответствуют вашим ожиданиям, а все уже учтенное попросту игнорировать?
Вы обращаете внимание на внезапный громкий звук, неожиданное прикосновение к коже, необычное движение на периферии поля зрения. Интерес позволяет вам мобилизовать ваши чувствительные сенсоры на исследование проблемы и решить, как вписать обнаруженные непредвиденности в вашу модель («Ах, так это сосед включил газонокосилку, это котенок обо что-то потерся, а это муха пролетела»). В результате модель обновляется. И наоборот: вы не реагируете на присутствие тапка на левой ноге, поскольку он уже отображен в вашей модели, которая последовательно предсказывает, какие ощущения вы от него можете получить. До тех пор, по крайней мере, пока внутрь не попадет камешек. Тут-то ваше внимание и обратится к тапку, потому что ваша внутренняя модель внезапно потребует обновления.
Различие между прогнозами и реальными исходами дает нам ключ к пониманию одного странного свойства обучения: если вы предвидите что-то безошибочно, вашему мозгу нет нужды меняться дальше. Предположим, вы усвоили, что сигнал вашего мобильника предсказывает: вам пришло сообщение. Мозг быстро выучит связь между двумя событиями, главным образом в силу того, что текстовые сообщения обычны для вашей социальной жизни. Дальше предположим, что в мобильнике обновились программы, в результате чего он реагирует на новое сообщение сигналом плюс вибрацией. И тут выясняется, что ваш мозг не натренирован на вибрацию мобильника (данный эффект называют блокированием). Мозг уже знает, что сигнал предсказывает новое сообщение, и потому не видит необходимости усваивать что-то новое по этому поводу. Но если мобильник только завибрирует, а сигнал не прозвучит, мозг не будет знать, как разгадать эту загадку; в данном контексте он ничему не обучен10. Блокирование приобретет смысл, если мы поймем, что изменения в мозге наступают только там, где есть разница между ожиданиями и реальностью.
Наша внутренняя модель мира позволяет нам делать предсказания и быстро замечать ошибки в прогнозах, указывающие, на что обратить внимание и в каком направлении обновить ее. К системе подобного рода все больше интереса проявляют инженеры и конструкторы в размышлениях о будущем машинного оборудования: несколько компаний разворачивают работу над устройствами, действующими по этому принципу, — от тракторов и тягачей до самолетов. Внутренняя модель мира позволит машине составлять наилучшие прогнозы относительно хода ожидаемых событий. Если все идет в соответствии с прогнозом, выстроенным алгоритмами машины, менять ничего не требуется. И только если входные данные прогнозом не предусмотрены, программная начинка устройства должна встрепенуться, разобраться, что происходит, и соответствующим образом обновить его внутреннюю модель мира.
* * *
Имея это в виду, мы легко поймем, как модифицируют нервную систему постоянно принимаемые наркотические вещества и некоторые лекарственные препараты. Их потребление меняет число соответствующих рецепторов для определенных химических соединений настолько, что при вскрытии путем замера молекулярных изменений в мозге можно определить, зависимостью от какого вещества страдал умерший. Именно по этой причине человек с зависимостью становится нечувствителен (или толерантен) к веществу: мозг приспособился прогнозировать его присутствие посредством экспрессии соответствующих рецепторов таким образом, чтобы сохранять устойчивое равновесие при поступлении следующей дозы. Мозг буквально физически ожидает, что вещество вот-вот появится, и соответственно отлаживает биологический механизм. И поскольку отныне система прогнозирует присутствие определенного количества вещества, ей, чтобы возбудиться до первоначальных ощущений, требуется еще большее его количество.
Такая перенастройка служит основой тяжелых симптомов абстиненции. Чем больше мозг адаптирован к веществу, тем тяжелее состояние после его отмены. Симптомы отмены различаются в зависимости от препарата — от потоотделения и дрожи до депрессии, — но все они объединены отсутствием чего-то ожидаемого.
Представление о нейронных прогнозах также помогает понять переживание горя. Люди, которых вы любите, становятся частью вас — не только метафорически, но и физически. Вы помещаете их в свою внутреннюю модель мира. Ваш мозг настроен ожидать их присутствия. После разрыва с любовником, смерти друга или потери родителя внезапное отсутствие близкого человека представляет собой серьезное отклонение от гомеостаза. Как сказал Халиль Джебран[48] в книге стихотворений в прозе «Пророк», «глубина любви познается лишь в час разлуки».
В этом смысле ваш мозг подобен негативу изображения всех тех, с кем вы поддерживаете контакт. Возлюбленные, друзья и родители заполняют ожидаемые формы в вашем мозге. Так же, как вы после катания на лодке ощущаете, будто все еще покачиваетесь на волнах, или жаждете какого-то вещества, не получив его, так и мозг требует присутствия в нем людей, составляющих круг вашего общения. Когда кто-то из них уезжает, отвергает вас или умирает, мозг пытается совладать с порушенными ожиданиями. Но с течением времени ему приходится перестроиться под реальность, в которой желанный человек отсутствует.
Рассмотрим явление фототропизма у растений — когда они принимают положение, позволяющее улавливать максимум света. Если понаблюдать за ростом растения в ускоренном воспроизведении, видно, что растет оно не «по прямой» к источнику света, а, напротив, чуть отклоняется то в одну, то в другую сторону. Словом, оно не действует в соответствии с заранее составленным планом, а исполняет нервный, дерганый танец, постоянно внося поправки направления.
Аналогичная стратегия движения отмечается у бактерий. В поисках центра источника питания — например упавшей на кухонный стол крупинки сахара — они прокладывают курс к добыче, следуя трем элегантно-простым правилам.
Выбери направление случайным образом и двигайся по прямой.
Если обстановка улучшается, продолжай движение.
Если обстановка ухудшилась, случайным образом меняй направление — кувыркнись куда придется и снова двигайся по прямой.
Иными словами, стратегия заключается в том, чтобы следовать тому или иному подходу, когда он приводит к улучшению условий, и отказываться от него, если он неэффективен. Посредством такой нехитрой политики бактерия способна быстро и успешно добраться в точку, где источник питания насыщеннее всего11.
Предполагаю, что и в мозге действует тот же простой принцип. Правда, вместо стремления в места, где больше всего света или пищи, мозг тянется туда, где больше всего информации. Я называю эту стратегию инфотропизмом. Гипотеза инфотропизма предполагает, что нейронная сеть постоянно меняется, подстраивается к окружающей среде, чтобы извлечь и поглотить максимум информации.
В главе 5 мы видели, как мозг научается задействовать органы чувств — неважно, улавливают ли они фотоны, электрические поля или молекулы пахучих веществ. И приводить в движение тело, какими бы двигательными органами оно ни обладало — ногами, плавниками или робоконечностями. В любых заданных условиях мозг тонко настраивает свои нейроны для максимизации поступающих от мира потоков данных. Подстройке содействуют вознаграждения, которые широко транслируются по всей сети, оповещая, что операция по адаптации к изменениям проведена успешно. Таким путем система при минимуме предустановленных программ самостоятельно оптимизирует свое взаимодействие с реальностью.
Например, мы узнали, как формируют сами себя нейронные ландшафты у младенца Хаято из Осаки и у малыша Уильяма из Пало-Альто, что позволяет им различать разные звуки. В главе 6 я иллюстрировал этим примером модификации на основе вознаграждения, но сейчас мы можем расценить это как явление более высокого порядка — инфотропизм: мозг каждого младенца приспосабливался под максимизацию притока данных, значимых в его конкретной реальности.
Если рассматривать это явление в более длительном временно