Как работает мозг

За двумя зайцами погонишься – ни одного не поймаешь, и применительно к наших органам мышления это так же справедливо, как и применительно ко всем остальным. Это становится наглядно видно при создании робота: мы сталкиваемся со множеством проблем, связанных с разработкой программного обеспечения, и их для решения требуются разные хитрости.

Возьмем нашу первую проблему, зрение. Видящая машина должна решить проблему, известную как обратная оптика. Обычная оптика – это раздел физики, позволяющий прогнозировать, каким образом объект определенной формы, состава и степени освещенности будет проецировать разноцветную мозаику цветов, которую мы называем изображением на сетчатке. Оптика хорошо изучена; ее принципы с успехом используются в рисовании, фотографии, телевизионной технике, а в последнее время – также в компьютерной графике и виртуальной реальности. Однако перед мозгом стоит обратная задача. Входная информация – это изображение на сетчатке, а выходная – подробная информация о предметах окружающего мира и материале, из которого они сделаны – именно это мы понимаем под словом «видеть». И вот в этом-то загвоздка. Обратная оптика – то, что инженеры называют «некорректно поставленной задачей». У нее в буквальном смысле нет решения. Проще простого перемножить числа и получить произведение, но невозможно взять произведение и получить множители, из которых оно было получено. Точно так же можно сказать, что оптика – это просто, но обратная оптика невозможна. И все же ваш мозг делает это всякий раз, когда вы открываете холодильник и достаете нужную вам банку. Как такое может быть?30

Ответ заключается в том, что мозг сам предоставляет недостающую информацию о мире, в котором проходил процесс нашей эволюции, и о том, каким образом предметы в нем отражают свет. Если зрительная часть мозга «исходит из посылки» о том, что человек живет в равномерно освещенном мире, состоящем по большей части из твердых предметов с гладкой, однородно окрашенной поверхностью, он может довольно успешно предположить, что за предметы расположены вокруг. Как мы видели ранее, невозможно отличить уголь от снега, анализируя только яркость их изображения на сетчатке. Но представим, что есть специальный модуль, различающий свойства поверхностей, и в него заложено следующее исходное положение: «Мир освещен равномерно и одинаково ярко». Модуль может решить проблему различения угля и снега в три шага: вычесть любой градиент яркости от одного края картинки до другого; оценить средний уровень яркости по всей картинке; вычислить оттенок серого для каждого участка, вычитая его яркость из средней яркости. Тогда значительные отклонения от среднего значения в положительную сторону будут восприниматься как белый цвет, а значительные отклонения в отрицательную сторону— как черный. Если освещение будет ровным, такое восприятие будет соответствовать реальному цвету поверхностей. А поскольку планета Земля уже миллиарды лет в большей или меньшей степени соответствует условию о равномерном освещении, можно сказать, что естественный отбор поступил совершенно правильно, сделав эту посылку частью нашего мышления31.

Модуль восприятия поверхностей выполняет невыполнимую задачу, но дорогой ценой. Мозг даже не претендует на то, чтобы называться универсальным решателем задач. Он оснащен устройством, которое определяет специфику поверхности в типичных для Земли условиях зрительного восприятия, потому что оно было специально создано для этой ограниченной задачи. Стоит слегка изменить условие задачи – и мозг уже будет не в состоянии ее решить. Скажем, поместив человека в мир, освещенный не равномерным потоком, а лишь местами в виде хитроумной мозаики из света. Если модуль восприятия исходит из посылки о том, что освещение однородно, у него будет большое искушение вообразить предметы, которых на самом деле не существует. Случается ли такое на самом деле? Каждый день. Такие «галлюцинации» мы называем презентацией слайдов, кино и телевидением (выше я уже упоминал о том, что черный цвет на экране телевизора является иллюзией). Когда мы смотрим телевизор, перед нами светящийся кусок стекла, но наш модуль восприятия пространства сообщает остальной части мозга, что мы видим реальных людей и реальные вещи. Модуль разоблачен: он не понимает сути вещей, а действует по шпаргалке. Эта шпаргалка так глубоко встроена в деятельность зрительной зоны мозга, что мы не можем просто стереть записанные в ней исходные посылки. Даже если человек всю жизнь провел на диване перед телевизором, его система визуального восприятия никогда не «узнает», что телевизор – это всего лишь экран со светящимися люминофорными точками, а человек никогда не утратит иллюзии, что за экраном находится целый мир.

Другим модулям нашего разума тоже нужны шпаргалки, чтобы решать стоящие перед ними нерешаемые задачи. Физику, который хочет выяснить, как двигается тело, когда сокращаются мышцы, приходится решать задачи по кинематике (геометрии движения) и динамике (науке о воздействии сил). А вот мозгу, который должен выяснить, какие мышцы сократить, чтобы заставить тело двигаться нужным образом, приходится решать задачи по обратной кинематике и обратной динамике – определять, какие силы приложить к объекту, чтобы заставить его двигаться по определенной траектории. Как и обратная оптика, обратная кинематика и обратная динамика представляют собой некорректно поставленные задачи. Наши моторные модули решают их исходя из не относящихся к сущности дела, но вполне разумных посылок – касающихся не освещения, конечно, а движения тел.

Наш здравый смысл, позволяющий судить о других людях, – это что-то вроде интуитивной психологии: мы пытаемся сделать выводы о представлениях и желаниях людей по тому, как они поступают, и стараемся предугадать, что они намерены сделать, исходя из наших догадок об их убеждениях и желаниях. Впрочем, наша интуитивная психология не может не исходить из посылки о том, что у других людей действительно есть убеждения и желания; мы ведь не можем почувствовать присутствие представлений и желаний в голове другого человека, как чувствуем запах апельсинов. Если бы мы не смотрели на социальную жизнь через призму этой посылки, мы были бы подобны роботу «Самаритянин-1», который жертвовал собой ради мешка с водорослями, или «Самаритянину-2», который прыгал за борт ради любого объекта с головой размером, как у человека, даже если голова принадлежала большой заводной игрушке. (Чуть позже будет говориться о синдроме, страдающие которым не осознают, что у других людей есть разум, и обращаются с ними как с заводными игрушками.) Даже наша любовь к членам нашей семьи – это реализация одной из посылок о законах природы, в данном случае – посылки, обратной привычным законам генетики. Родственные чувства существуют для того, чтобы способствовать воспроизведению наших генов, но ведь гены нельзя ни увидеть, ни понюхать. Ученые с помощью генетики делают выводы о том, как гены распределяются между организмами (например, в результате двух явлений – скрещивания и мейоза – потомство двух людей будет иметь по пятьдесят процентов общих генов); наши чувства к родственникам основаны на чем-то вроде обратной генетики, нацеленной на то, чтобы угадать, кто из индивидуумов, с которыми мы общаемся, вероятнее всего является носителем наших генов (например, если у кого-то те же родители, что и у вас, вы обращаетесь с человеком так, словно его генетическое благосостояние пересекается с вашим). Ко всем этим темам я вернусь чуть позже, в последующих главах.

Мышление, несомненно, состоит из специализированных компонентов, потому что ему приходится решать специализированные задачи. «Универсальным решателем задач» может быть только ангел; мы, смертные, можем только строить сомнительные догадки, исходя из обрывочной информации. Каждый из наших ментальных модулей решает свою неразрешимую задачу, делая наудачу предположения об окружающем мире, выдвигая предположения, которые неизбежны, но и недоказуемы: единственным аргументом в их пользу является лишь то, что ими достаточно успешно пользовались наши предки.

Слыша слово «модуль», мы представляем разъемные, легко стыкуемые компоненты, и это впечатление обманчиво. Ментальные модули едва ли можно увидеть невооруженным глазом в виде четко очерченных участков на поверхности мозга – как кострец, лопатку и голяшку на схеме разделки говяжьей туши. Наверное, больше ментальные модули напоминают раздавленное животное: каждый из них бесформенным месивом распластан по буграм и извилинам мозга. Некоторые модули разбиты на зоны, связанные нервными волокнами, которые позволяют этим зонам действовать скоординированно. Прелесть системы обработки информации в том, что у нее очень гибкие требования к «жилплощади». Точно так же, как руководство компании может быть разбросано по разным сайтам, связанным телекоммуникационной сетью, или как компьютерная программа может быть разбита на несколько частей, размещенных в разных секторах диска или памяти, нейронная сеть, лежащая в основе психического модуля, тоже может быть довольно бессистемно распределена по всей поверхности мозга. Кроме того, ментальные модули совсем не обязательно должны быть четко отделены друг от друга и сообщаться только через немногочисленные каналы связи. (Это особое значение слова «модуль», предложенное Джерри Фодором и вызвавшее бурные дискуссии среди когнитивистов.) Модули различаются не столько тем, какого рода информация им доступна, а тем, что они делают с доступной им информацией32.

Итак, метафора «ментальный модуль» немного неуклюжа; гораздо более удобным представляется термин Ноама Хомского «ментальный орган»33. Орган тела – это специализированная структура, специально предназначенная для выполнения определенной функции. Но наши органы ведь не сложены в мешок, как куриные потроха; они интегрированы в единое целое. Тело состоит из систем, разделенных на органы, которые, в свою очередь, построены из клеток. Некоторые ткани – такие, как эпителий, – с небольшими модификациями используются во многих органах. Некоторые органы – такие, как кровь и кожа, – взаимодействуют с остальными частями тела, и зона их взаимодействия обширна и сложна; ее невозможно обвести пунктирной линией. Иногда неясно, где заканчивается один орган и начинается другой, или какова в точности по размеру та часть тела, которую мы хотим назвать отдельным органом. (Что является органом: рука, палец или одна косточка в пальце?) Это, конечно, мелочи терминологии, на которые анатомы и физиологи даже не тратят время. Ясно одно: наше тело – не банка с тушенкой, а гетерогенная структура из множества узкоспециализированных частей. Представляется, что то же самое можно сказать и о мышлении. Вне зависимости от того, можем ли мы определить четкие границы каждого из компонентов мышления, ясно одно: мышление – это не банка с ментальной тушенкой, а гетерогенная структура, состоящая из множества специализированных частей.

Наши физические органы обязаны своим сложным строением информации, заложенной в геноме человека; то же самое, на мой взгляд, можно сказать и о ментальных органах. Нас ведь никто не учит отращивать поджелудочную железу; точно так же мы не учимся зрительному восприятию, приобретению языка, здравому смыслу, чувствам любви, дружбы и справедливости. Конечно, этому нет прямых доказательств (так же, как нет и доказательств того, что наличие поджелудочной железы заложено у человека генетически), однако многие научные данные ведут к такому выводу. Наиболее впечатляющей из них мне кажется проблема создания робота. Любая из наиболее значимых технических проблем, решаемых мозгом, нерешаема без заложенных изначально посылок о законах, охватывающих данную область взаимодействия с миром. Все программы, разрабатываемые специалистами по искусственному интеллекту, специально создаются для определенной сферы: например, для имитации языка, зрения, движения или здравого смысла в одном из его многочисленных проявлений34. В сфере исследований по искусственному интеллекту бывает, что гордый «родитель» программы пытается убедить всех, что это всего лишь демоверсия необыкновенно мощной универсальной системы, которая будет создана в будущем, однако коллеги такого разработчика сразу поймут, что он пускает пыль в глаза. Берусь прогнозировать, что никому и никогда не удастся сконструировать человекоподобного – по-настоящему подобного человеку! – робота, если только он не будет напичкан вычислительными системами, каждая из которых будет специализироваться на решении отдельного типа задач.

Далее в этой книге будут представлены другие данные, подтверждающие, что строение наших органов мышления по большей части обусловлено нашей генетической программой. Я уже упоминал, что многие индивидуальные особенности личности и склада ума оказываются одинаковыми у близнецов, воспитанных порознь, следовательно, являются заложенными генетически. Дети младшего возраста, когда их тестируют по оригинальным методикам, демонстрируют неожиданное для их лет понимание фундаментальных категорий физического мира и общественной жизни, а в некоторых случаях владеют информацией, которую им никто ранее не сообщал35. Людям свойственны многие убеждения, которые противоречат их собственному опыту, но являлись естественными для той среды, в которой мы эволюционировали; они преследуют цели, которые не способствуют их благополучию, но для тех условий были адаптивными. Кроме того, вопреки распространенному убеждению, что культуры могут проявлять изменчивость произвольно и без ограничения, обзор этнографической литературы показывает, что у народов мира поразительно много общего в мельчайших деталях психологии.

Но если мышление обладает сложной врожденной структурой, это не означает, что обучение не имеет значения. Рассматривать этот вопрос в контексте сопоставления врожденной структуры и обучения – будь то как альтернативы друг другу или (что ничуть не лучше) как дополняющие друг друга элементы или взаимодействующие силы – колоссальная ошибка. Не то чтобы утверждение о существовании взаимодействия между врожденной структурой и обучением (или между наследственностью и средой, природой и воспитанием, биологией и культурой) совсем неправильно. Скорее оно относится к категории идей, которые настолько неудачны, что их нельзя даже назвать неправильными. Представьте себе следующий диалог:

– Этот новый компьютер – воплощение самых передовых технологий: процессор 500 мГц, гигабайт оперативной памяти, терабайт дискового пространства, трехмерный дисплей виртуальной реальности, симулятор речи, беспроводной доступ в Интернет, профессиональный уровень знаний в десятках областей, встроенные электронные тексты Библии, энциклопедии «Британника», словаря афоризмов Бартлетта, полного собрания трудов Шекспира. На его разработку были потрачены тысячи часов работы программистов.

– А, ты хочешь сказать, что все равно, какие данные я введу на этом компьютере. Если у него такая сложная внутренняя структура, то, наверное, окружение для него не имеет особого значения. Он всегда будет делать одно и то же, независимо от того, какие данные я введу.

Ответная реплика явно бессмысленна. Если система снабжена огромным количеством встроенных/внутренних механизмов обработки данных, она должна более – а не менее – гибко и грамотно реагировать на введенные данные. И все же именно так критики в течение многих столетий реагировали на идею глубоко структурированного высокотехнологичного разума.

Не намного лучше и «интеракционистская» позиция, приверженцы которой вообще боятся даже говорить о врожденном элементе взаимодействия. Посмотрите на следующие утверждения.

Поведение компьютера – результат сложного взаимодействия между процессором и введенными данными.

Пытаясь понять, как работает автомобиль, нельзя игнорировать ни мотор, ни бензин, ни водителя. Все эти факторы очень важны.

Звук, воспроизводимый этим CD-плеером, представляет собой неразделимое сочетание двух тесно связанных критических факторов: устройства плеера и диска, который в него вставлен. Ни один из этих факторов нельзя игнорировать.

Все эти утверждения справедливы, но совершенно бесполезны: они выражают настолько демонстративно безразличное, лишенное всякой пытливости отношение к предмету, что согласиться с ними будет почти такой же большой ошибкой, как и отрицать их. Как машину, так и разум нельзя сравнивать со смесью двух ингредиентов (наподобие коктейля) или с борьбой двух равных по силе противников (как в перетягивании каната)36. Было бы ошибочным рассуждать таким образом о сложнейшем устройстве, предназначенном для обработки информации. Да, ни один аспект человеческого разума не может существовать без культуры и обучения. Однако обучение – не газ в окружающей атмосфере и не силовое поле, оно не происходит само собой, как по волшебству. Возможным его делают внутренние механизмы, предназначенные для обучения. Утверждение о том, что есть несколько врожденных модулей – это утверждение о том, что есть несколько врожденных механизмов обучения, каждый из которых обучается, следуя своей особенной логике. Чтобы понять суть обучения, нам нужны новые подходы взамен донаучных сравнений со смесями и силами, с письмом на чистой доске и с высеканием из куска мрамора.

Идея о взаимодействии наследственности и среды не всегда бессмысленна, однако мне кажется, говорящие об этом путают два вопроса: что общего в разуме всех людей и чем их разум различается. Приведенные выше бессодержательные утверждения можно сделать разумными, заменив формулировки типа «как работает X» на формулировки типа «благодаря чему X работает лучше, чем Y»:

Полезность компьютера зависит от мощности его процессора и от компетентности пользователя.

Скорость машины зависит от мотора, топлива и мастерства водителя. Все эти факторы важны.

Качество звука, воспроизводимого CD-плеером, зависит от двух критических факторов: электронной и механической конструкции плеера и качества оригинальной записи. Ни один из этих факторов нельзя игнорировать.

Когда мы задумываемся о том, насколько одна система функционирует лучше другой, ей подобной, вполне разумно обойти вниманием причинно-следственные цепочки внутри каждой системы и вести счет факторам, которые позволяют системе действовать быстрее или медленнее, воспроизводить звук с высокой или с низкой точностью. Именно из такого ранжирования людей (с целью определить, кто поступит в медицинский институт или получит работу) и происходит формулировка «природа или воспитание».

Но эта книга посвящена тому, как работает мозг, а не тому, почему у некоторых людей мозг выполняет определенные функции лучше, чем у других. Имеющиеся данные говорят о том, что все люди, живущие на планете, видят, говорят и думают о предметах и людях примерно одним и тем же образом. Разница между Эйнштейном и двоечником, не окончившим школу, ничтожна в сравнении с разницей между двоечником и лучшим из созданных на сегодняшний день роботов или между двоечником и шимпанзе. Именно об этой загадке я и хочу поговорить. Предмет моего обсуждения не имеет никакого отношения к соотнесению средних показателей кривых нормального распределения для какого-нибудь столь приблизительного показателя, как коэффициент интеллекта. Ввиду этого проблема относительной значимости врожденности и обучения представляется надуманной.

Кстати, акцент на врожденных особенностях конструкции не следует путать с поиском «гена» того или иного ментального органа. Вспомним реальные и гипотетические гены, о которых в свое время трубили газеты: ген мышечной дистрофии, хореи Хантингтона, болезни Альцгеймера, алкоголизма, шизофрении, маниакально-депрессивного психоза, ожирения, вспышек ярости, дислексии, ночного недержания, некоторых видов умственной отсталости. Но во всех этих случаях речь идет о заболеваниях. Пока еще никому не удалось обнаружить ген вежливости, языка, памяти, моторики, сообразительности или любой другой из сложных систем мышления, и вряд ли удастся. О причине хорошо сказал политик Сэм Рэйберн: любой осел может сломать сарай, но построить его может только плотник. Сложные ментальные органы, как и сложные физические органы, безусловно, могут быть построены по сложным генетическим рецептам, в которых множество генов взаимодействуют между собой непостижимым образом. Дефект в одном из них может привести к тому, что будет разрушен весь механизм, точно так же как дефект в одной из деталей сложной машины (например, плохо натянутый ремень распределительного вала в автомобиле) может привести к серьезной поломке.

В генетических инструкциях по сборке ментальных органов не расписано каждое соединение в мозге, как в монтажной схеме от любительского радиоприемника. И мы не можем ожидать, что каждый из этих органов сформируется под соответствующей костью черепа независимо от того, что еще происходит в мозге. Мозг и все остальные органы дифференцируются на стадии эмбрионального развития из шарика идентичных клеток. Каждая часть тела, от пальцев ног до коры головного мозга, приобретает свою особенную форму и сущность, когда ее клетки реагируют на определенный вид информации, разблокирующий очередную часть генетической программы. Такой информацией может быть вкус химического «бульона», в котором находится клетка, форма молекулярных замков и ключей, которые использует клетка, механические рывки и толчки со стороны соседних клеток и другие, пока малоизученные сигналы. Семейства нейронов, образующих разные ментальные органы и происходящие из одного и того же гомогенного участка эмбриональной ткани, по-видимому, были запрограммированы в процессе сборки мозга действовать по обстановке, используя любую доступную информацию, чтобы дифференцироваться друг от друга. Вполне вероятно, что расположение в черепе является одним из факторов, запускающих дифференциацию, однако есть и другой фактор – паттерн возбуждения связанных нейронов. Поскольку мозг создан быть органом вычисления, было бы удивительно, если бы геном в процессе сборки мозга не воспользовался способностью нервной ткани обрабатывать информацию.

Что касается сенсорных зон мозга, где наблюдать за процессами проще всего, мы знаем, что на ранних этапах эмбрионального развития нейроны соединяются в соответствии с примерным генетическим рецептом. Нейроны зарождаются в нужное время и в подходящем количестве, мигрируют на свое место, образуют связи с мишенями и подключаются к соответствующим типам клеток в нужных общих зонах – и все это под руководством химических следов и молекулярных замков и ключей. Впрочем, чтобы получились точные связи, крошки-нейроны должны начать функционировать, а их паттерн возбуждения – передать информацию об их прицельно точных связях. Это нельзя назвать «опытом», поскольку все это может происходить в непроглядной тьме материнской утробы, иногда еще до того, как начнут функционировать палочки и колбочки, а ведь многие млекопитающие видят практически идеально с рождения. Как гены контролируют развитие мозга, пока неизвестно, однако приемлемо описать в сжатой форме то, что нам на данный момент известно, можно следующим образом: модули мозга обретают свою сущность в результате сочетания нескольких факторов: того, из какой ткани они формируются, в какой области мозга они располагаются и какие паттерны возбуждающих импульсов они получают в критические для развития периоды.

Наши органы, отвечающие за обработку информации, – результат естественного отбора. Биолог Ричард Докинз назвал естественный отбор «слепым часовщиком»; отбор, в результате которого сформировалось мышление, можно было бы назвать «слепым программистом». Наши программы мышления так хорошо работают потому, что они были сформированы в ходе отбора, чтобы дать нашим предкам возможность изучить камни, инструменты, растения, животных и друг друга, преследуя при этом одну цель: выживание и размножение.

Естественный отбор – не единственная движущая сила эволюционных изменений. Изменения организмов, занимающие промежутки времени в сотни миллионов лет, обусловлены статистической случайностью выживания, экологическими катастрофами, уничтожающими целые семейства живых существ, и неизбежными побочными эффектами изменений в результате отбора. С другой стороны, естественный отбор – единственная сила эволюции, действующая, как инженер: «проектирующая» органы, способные достичь маловероятного, но адаптивного результата (эту точку зрения активно поддерживают биолог Джордж Уильямс и Докинз). Хрестоматийный аргумент в пользу естественного отбора, признаваемый даже теми, кто считает, что значение отбора переоценивается (среди них палеонтолог Стивен Джей Гулд), – устройство глаза позвоночных животных. Механизм часов содержит слишком много хитроумно соединенных между собой деталей (шестеренок, пружин, рычагов и т. д.), чтобы можно было предположить, что он был собран под действием урагана или водоворота – без мастерства часовщика ничего подобного бы не получилось; подобно этому, глаз состоит из слишком большого количества объединенных в сложную систему частей (хрусталика, радужной оболочки, сетчатки и т. д.), чтобы можно было предположить, что он сформировался под произвольным действием какой-либо эволюционной силы – например, в результате значительной мутации, постепенного дрейфа, или в ходе заполнения случайно оставшегося между другими органами пространства. Строение глаза определенно является продуктом естественного отбора репликаторов – единственного известного нам естественного процесса, не имеющего ничего общего с волшебством, но способного порождать исправно функционирующие механизмы. Сегодня может показаться, что наш организм был изначально сконструирован хорошо видящим, но это лишь потому, что самим своим существованием мы обязаны успеху, которого наши предки достигли в деле зрительного восприятия в прошлом (эта мысль будет развита в главе 3)37.