Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии

Как мы стали такими децентрализованными, зачем обрели все эти параллельные системы? Ответ возвращает нас к тому, что мы затронули в прошлой главе, обсуждая изменения в топологии соединений нейронов в мозге большого размера. По мере увеличения мозга, числа нейронов и размера их сети относительная связность уменьшается. Количество нейронов, с которыми связан каждый из них, остается примерно одинаковым: нервная клетка не подключается к бóльшему числу нейронов, когда их общая численность растет, по нескольким практическим и нейроэкономическим причинам. Во-первых, если бы всякий нейрон связывался с каждым другим, мозг был бы гигантским. Кстати, специалисты по вычислительной нейробиологии Марк Нельсон и Джеймс Бауэр подсчитали²¹: если бы наш мозг был полносвязным (все нейроны соединялись бы друг с другом) и имел форму сферы, его диаметр равнялся бы 20 километрам! Вот что значит по-настоящему большая голова. Во-вторых, энергетические затраты были бы тоже слишком большими, ведь мозг все время орал бы: “Покорми меня!” Мозг современного человека расходует 20% всей энергии, потребляемой телом²². Представьте, сколько энергии уходило бы на обслуживание мозга 20 километров в поперечнике! (По крайней мере, проблема ожирения точно была бы решена.) В-третьих, из-за необъятной длины аксонов, которые соединяли бы нейроны в отдаленных друг от друга частях мозга, скорость обработки информации снизилась бы, затрудняя работу синхронизирующих механизмов. Кроме того, для увеличения числа синапсов понадобились бы более крупные дендриты, что изменило бы электрические свойства нейрона, поскольку ветвление дендритов влияет на то, как он суммирует электрические сигналы от других нервных клеток. Нет, наши нейроны не могут физически осуществимым образом каждый соединяться со всеми прочими. В процессе эволюции мозга реализовалось иное решение.

Нейробиолог Георг Штридтер, учитывая современные знания в области сравнительной нейроанатомии и связности мозга млекопитающих, предполагает, что к эволюционному развитию большого человеческого мозга применимы определенные “законы” соединения нейронов²³.

☛ Уменьшение связности с увеличением размера сети. Сохраняя абсолютную, а не относительную связность, большой мозг, по сути, становился более разреженным по внутренним связям, но у него в запасе были следующие две хитрости.

☛ Минимизация длины связей. Мозг сохранял локальную связность, используя наикратчайшие соединения²⁴. Так аксоны, которые протягивались во все стороны, занимали меньше места, на поддержание связей уходило меньше энергии, а сигналы передавались быстрее, поскольку распространялись на короткие расстояния. Это заложило основу для разделения и специализации локальных сетей, формирующих многочисленные кластеры модулей для обработки информации. Несмотря на такое разделение функций, разным частям мозга все-таки нужно было обмениваться информацией, а потому...

☛ Не все соединения минимизировались — некоторые весьма длинные связи между удаленными зонами сохранялись. Мозг приматов развил так называемую архитектуру тесного мира: множество коротких и быстродействующих локальных связей (высокая локальная связность) с небольшим числом дальнодействующих связей для обмена обработанной информацией (так что для связи между любыми двумя зонами мозга требуется небольшое количество шагов)²⁵. Такая структура обеспечивает и высокоэффективную локальную обработку информации (модульность), и одновременно — быстрое сообщение с глобальной сетью. Так устроены многие сложные системы, в том числе человеческие общественные отношения²⁶.