Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Загадки, ставящие в тупик современных нейробиологов, не слишком отличаются от загадок, над которыми бились физики XIX—XX веков. Каким образом макроскопические свойства обычной материи могут быть следствием того или иного расположения атомов? Почему имеет такую твердость стол, почти целиком состоящий из пустоты с редкими вкраплениями атомов углерода, кислорода и водорода? Что такое жидкость? Твердое тело? Кристалл? Газ? Пламя? Каким образом формы и прочие видимые и осязаемые свойства предметов складываются из редкой ткани атомов? Для того чтобы ответить на эти вопросы, им пришлось разобрать материю на составляющие, но и этого было мало: требовалась синтетическая математическая теория. Кинетическая теория газа, впервые изложенная Джеймсом Клерком Максвеллом и Людвигом Больцманом, стала известна потому, что объясняла, каким образом такие макроскопические переменные, как давление и температура, являются следствием движения атомов в газе. Эта теория была первой в череде математических моделей материи — цепочке редукционистских идей, сегодня использующихся для описания веществ таких друг от друга далеких, как клей и мыльные пузыри или кипяток в кофейнике и плазма полыхающего вдалеке Солнца.

Для того чтобы преодолеть разрыв между мозгом и разумом, нам нужна теория того же класса. Никакими экспериментами не объяснить, каким образом сотни миллиардов нейронов человеческого мозга посылают импульс в миг возникновения сознательного восприятия. Только с помощью математической теории мы поймем, каким образом психические процессы сводятся к нейронным импульсам. Нейробиологии требуются законы, аналогичные теории газов Максвелла — Больцмана, законы, которые объединят между собой очень разные домены. Задача непростая: «сгущенная материя» мозга — самое, вероятно, сложное, что есть на земле. Смоделировать мозг — это вам не разобраться в простой структуре газа, здесь потребуются последовательные объяснения на разных уровнях. Мыслительный процесс — явление головокружительно сложное, чем-то напоминающее матрешку: он возникает из сложной комбинации стандартных ментальных процедур, или процессоров, каждый из которых реализуется цепочками в различных участках мозга, причем сами эти цепочки состоят из клеток нескольких десятков разновидностей. И даже один-единственный нейрон с его десятками тысяч синапсов — это уже целая вселенная суетливых молекул, моделировать которую можно столетиями.

Впрочем, несмотря на все эти сложности, в последние 15 лет мы с моими коллегами Жан-Пьером Шанжо и Лайонелом Наккашем принялись строить мост через эту пропасть. Мы набросали некую теорию сознания, теорию «глобального нейронного рабочего пространства», в которой сконцентрировали все достижения психологического моделирования за последние 60 лет. В этой главе я надеюсь убедить вас, что, хотя до математически точных законов нам еще далеко, мы все же сумели заглянуть в природу сознания, увидели, каким образом оно возникает из согласованной активности мозга и почему демонстрирует автографы, которые мы наблюдали в ходе экспериментов.

Сознание как глобальное распространение информации

Какая архитектура обработки информации лежит в основе сознания? Каково разумное объяснение ее существования, какую функциональную роль она исполняет в информационной экономике мозга? Мое мнение на этот счет можно выразить очень сжато¹. Когда мы говорим, что осознаем те или иные данные, то на практике имеем в виду ровно следующее: информация достигла особого хранилища, в котором стала доступна всему остальному мозгу. Из миллионов мечущихся в мозгу неосознаваемых ментальных репрезентаций была выбрана именно эта за ее соответствие нашим текущим целям. Благодаря сознанию она становится доступна всем высокоуровневым системам принятия решений. У нас в голове расположился ментальный процессор, развилась специальная архитектура для извлечения и перенаправления актуальной информации. Психолог Бернард Баарс зовет это глобальным рабочим пространством, подразумевая внутреннюю систему, изолированную от окружающего мира и позволяющую нам свободно воспринимать наши и только наши ментальные образы и распределять их по многочисленным специализированным процессорам (рис. 24).

Рисунок 24.

Согласно теории глобального нейронного рабочего пространства, то, что мы ощущаем как сознание, является глобальным процессом распространения информации. В мозгу имеется не один десяток локальных процессоров (на рисунке — кружки), каждый из которых специализируется на операциях какого-то одного типа. С помощью особой системы коммуникаций — глобального рабочего пространства — эти процессоры ведут гибкий обмен данными. В каждый отдельный момент рабочее пространство выбирает определенный подраздел процессоров, создает непротиворечивую презентацию закодированной в нем информации, сохраняет ее в мозгу в течение произвольного времени и передает обратно практически на любой из оставшихся процессоров. Попав в рабочее пространство, любая информация становится осознана