Действуй, мозг! Квантовая модель разума

Число, согласно Декарту, есть точка пересечения/соприкосновения двух объектов, причём математическое выражение общего локуса может быть, как минимум, двояким: реальным и мнимым.

Более того: используя мнимые числа-точки можно построить мнимый объект. Такой, как перевёрнутая парабола. Или, если брать примеры из современной жизни, «цифровой двойник».

Этот объект обладает многими свойствами реальности, но привычными мыслями-чувствами его не ухватишь и не ощутишь. Как отражение в зеркале.

Много позже, на рубеже XVIII – XIX вв. математики (Каспар Вессель, Жан-Робер Арган, Джон Уоррен и др. – основываясь, в свою очередь, на работах Леонарда Эйлера и Карла Фридриха Гаусса) додумались изображать соединение реального и мнимого. Оформилось понятие «комплексное число».

Сегодня все числа в математике – комплексные. Те числа, к которым привык и пользуется обычный человек, тоже комплексные. Только без их, мнимой, части (она принимается равной нулю).

Практическую ценность комплексных чисел в науке и технологиях трудно переоценить. Все технические достижения нашей цивилизации за последнюю сотню, если не больше, лет – в электротехнике, гидродинамике, аэродинамике, строительстве прочных конструкций, навигации, космонавтике и многих других прикладных областях – связаны с расчётами, в которых используются эти числа.1 Физик Юджин Вингер отмечал, что «применение комплексных чисел становится почти неизбежным при формулировке законов квантовой механики». 39

Итак, хотя понятие комплексного числа сформулировано после Декарта – догадка о принадлежности мнимых чисел миру реального, несомненно, есть его персональная интеллектуальная инновация.

Теперь мы должны яснее понимать ход мыслей математика в отношении устройства и работы мозга.

Догадка о роли мнимых чисел привела в «Первоначалах философии» к тезису о третьем измерении – описанию локуса или точки, где сходятся реальное и мнимое нашего разума.

Возможно, когда учёный писал о «действии воли», он представлял некую, сочетающую геометрию и алгебру, мозговую структуру.

Мозг, как орган тела, ассоциировался с геометрическим объектом (по Декарту, всякая материальная «протяженная субстанция» способна принимать любую форму). А мысль-идея, как движение души, было им соотнесено с алгебраическим выражением (это суть проявление нематериальной «мыслящей субстанции»).

Одновременно с этим, алгебраическое выражение в форме уравнения есть правила-функции, по которым действует и воспринимает окружающий мир наш разум. Корни уравнений – абстрактные, вдохновлённые душой, идеи, которыми мозг свободно оперирует. Если идея верна – это сродни вычислению вещественного корня. Если идея ошибочна – получается мнимое число.

Непосредственный выбор, какой именно идеей руководствоваться, зависит от воли человека. Полное описание этого процесса должно включать все логически возможные объекты (реальные и мнимые) и все решения (реальные и мнимые). Только так можно понять сущность работы одухотворенного мозга.

Но это ещё не всё.

Декарт не только описал мозг математически – он предпринял попытку соединить это объяснение с известными к тому времени фактами в области медицины, механики и даже этики (эти науки учёный уподоблял ветвям древа, чей ствол – физика, а корень – метафизика, т.е. то, что сейчас зовётся философией).

В понимании Рене Декарта механические и биологические объекты имеют общую структуру, сотворенную по единому плану.

Разница лишь в том, что «действия механизмов зависят исключительно от устройства различных трубок, пружин или иного рода инструментов, которые, будучи соразмерны руке мастера, всегда настолько велики, что их форму и движения легко увидеть», а «трубки или пружины» в живых системах, включая человека, «обычно бывают столь малы, что ускользают от наших чувств». 10

Поэтому учёный отводил себе роль часовщика, рассматривающего не им изготовленные часы и по движению видимых частей делающего вывод о существовании и взаимодействии других, невидимых, частей механизма (как это произошло в случае с перевёрнутой параболой).

Он писал, что по видимым «трубкам» (нервам) в теле человека текут невидимые «животные духи»32 (сигналы), которые сообщают о внешних ощущениях и движениях в мозг – обиталище души и место её соприкосновения с телом. Это соприкосновение настолько тесное, что порождает, присущую исключительно человеку, сущность – свободную волю.

Таким образом, физические, математические, биомедицинские, инженерные и философские знания Декарта соединились, чтобы сконструировать принципиально новое объяснение мозга: это трёхмерная, одухотворенная и производящая идеи-мысли, машина.

Резюмируем гипотезу Декарта:

– Наряду с телом и душой, в человеке действует третье, волевое, измерение. Это особая структура, отражающая соотношение телесного и духовного; находится в головном мозге (предположительно, в эпифизе).

– Волевая структура производит идеи и мысли: как истинные, так и ложные.

– В целом мозг работает как очень сложный механизм, который, тем не менее, может реагировать не только автоматически, но и произвольно.

Два коротких комментария.

Во-первых, на мой взгляд, очевидно, что гипотеза Декарта наследует модели Блаженного Августина.

В объяснении мозга, предложенном математиком, существование души сомнению не подвергается. Вместе с тем, акцент смещён: центральный компонент – не душа, а соотношение душа/тело.

Примечательно, что во французском переводе «Первоначал философии», сделанном через пару лет после публикации латинской версии произведения Декарта (в те времена научные сочинения писали, прежде всего, на латыни), слово mens («ум») передано как âme («душа»). О каких-либо авторских возражениях против столь вольного перевода нам неизвестно.

Во-вторых, отметим одну любопытную деталь: по мнению математика, мозг не оперирует невычислимыми расчётами.

По Декарту, мозг занят исключительно вычислимыми операциями. Это понятно, учитывая проповедуемый учёным алгебраический подход. То, что не поддается конечным вычислениям (иррациональные числа, например) – тоже часть реальности, но не доступная или малодоступная человеческому разуму.

Во всяком случае, математик призывал «имя „бесконечный“ сохранить лишь за Богом».

Век специалистов

В течение двух последующих столетий гипотеза Декарта была популяризирована.

Прежде всего – мыслителями, склонными к «естественнонаучному» толкованию мира. Как античные «воротилы мысли» истово верили в существование души и Сверх-Разума, так же яростно мыслители Просвещения стали верить в «естественные законы» и Сверх-Знание.

Философ Гоббс, полемизируя с Декартом, в итоге почти полностью повторил его точку зрения – и даже радикализировал её.7

Энциклопедист Дидро сравнивал людей с «инструментами, одарёнными способностью ощущать и памятью». 13

Врач Ламетри инкогнито опубликовал трактат со скандальным названием «Человек-машина» и не менее возмутительным, контридеалистическим, содержанием.17

«Естественнонаучным» пиаром занимались не только философы. На излёте эпохи Просвещения широко разошлись дерзкие слова о Боге, приписываемые Лапласу и помещенные в эпиграф к этой главе.

Не так уж важно – говорил так один из самых выдающихся математиков своего времени или нет. На этот счёт есть разные мнения.30

Важно, что высказывание отражало всеобщее настроение: для объяснения мироздания и самого человека появились новые, более правдоподобные, теории.

Стало ясно, что в механической Вселенной люди-машины могут функционировать и без души. Некогда реальное теперь считалось мнимым, а мнимое сделалось частью по-новому упорядоченной реальности.

Таковы были долгосрочные следствия гениальной догадки Рене Декарта. Таковой оказалась объяснительная мощь его гипотезы, которую нельзя было предвидеть.

Однако, сколько не повторяй «мозг-машина», полноценная теория не возникнет сама собой.

Структурированное знание на основе идеи Декарта создали не философы, не модные литераторы и не прочие просвещённые деятели.

Это знание создали учёные нового типа: профессионалы по узкому кругу вопросов.

Наступил век специалистов.

Согласно ныне господствующему представлению, XIX столетие – время рождения современной науки (или: «научного метода», «научного мышления», «научного эксперимента» и пр.).

«Говорящие головы» взахлёб рассказывают, как бойкая и дерзкая Наука, опираясь, в первую очередь, на технологии, начала бурно развиваться. И почти сразу принялась дробиться на отдельные области и направления.

Благодаря мощным оптическим приборам человек смог заглянуть не только высоко вверх, но и глубоко вниз: буквально, себе под ноги. В почве, водоёмах, воздухе и на самых обычных предметах учёные обнаружили мельчайшие организмы. Глядя в окуляр микроскопа, они повсюду видели клетки. Но и всматриваясь в самих себя – изучая собственные ткани – они видели ту же ячеистую структуру.

Был сделан вывод о единой клеточной природе живых систем. Оказалось, что головной мозг тоже состоит из клеток – нейронов, чьи длинные отростки, разбегающиеся по всему телу, есть те самые «нервы», что были описаны ещё в древности. Так, в исследовании разума доминирующее положение, вместо анатомии, заняла нейробиология – первооснова нынешней нейронауки.

В свою очередь, нейробиология возникла не изолированно, а в содружестве с другими естественными дисциплинами. Электромагнитные явления получили правильное научное толкование, и на смену полумистическому месмеризму пришла электродинамика.

Её применили, в том числе, к объяснению физиологических процессов в мозге. В результате появились нейрофизиология, психофизиология. А психология, избавившись от всякой феноменологической чепухи, встала на твёрдую экспериментальную почву.

Учение о разуме перестало быть философией и стало наукой.

Таково краткое, ставшее почти каноническим, изложение, с которым вы встретитесь в тысячах и тысячах книг, посвященных истории изучения мозга.

В действительности всё было не так. И даже, пожалуй, совсем не так.

Да, специалисты по мозгу появились. Их действительно стало много, им действительно начали доверять.

Но не потому, что изобрели микроскоп и амперметр. А потому, что люди переставали верить в душу и начали верить в мозг-машину.

Творцы первого научного представления о мозге, названные впоследствии «нейроучёными», работали в чрезвычайно комфортных условиях. Три из четырёх важнейших вопросов человечества были уже решены.

Вернее: появились обновленные версии ответов на эти вопросы. Завёрнутые, как и полагалось в XIX веке, в оболочку модного материализма, они являлись, по существу, стройными научными теориями. И составляли почти завершенную «естественнонаучную» картину мира.

В самых общих чертах и в массовом представлении теории Ньютона, Дарвина, Максвелла говорили о том, что:

– Вселенная есть разумно устроенная и вычислимая машина;

– живой организм есть приспосабливающийся к условиям среды и, по крайней мере, частично зависящий от неё механизм;

– природа бытия есть непрерывное взаимодействие электромагнитных потоков, которые можно измерять, регулировать, направлять.

До формулировки «естественнонаучного» объяснения мозга оставалось совсем чуть-чуть.

Уже были и художественные воплощения. Например, в романе ужасов Мэри Шелли «Франкенштейн, или Современный Прометей» (1818 год). Где под мозгом понималась некая смесь химических соединений, которая при правильной «сборке» давала эффект оживления.

А, скажем, 1843 годом датируется первая попытка формализации данного объяснения в рамках узкой специальности. Вильгельм Гризингер, судя по всему, первым из психиатров и невропатологов высказался о мозговой деятельности, подчинённой механическим принципам. Специалист писал о «психических рефлекторных актах». 33

Так что, во второй половине самого «естественнонаучного» столетия теория о механическом мозге не просто созрела: она перезрела.

И тогда, когда её наконец-то сформулировали – главным образом, в виде рефлекторной теории и, отчасти, динамической психологии – учение о душе перешло в разряд «гипотез, в которых не нуждались».

В 1863 году физиолог Иван Сеченов опубликовал научную работу «Рефлексы головного мозга».

В которой, по сути, объявил наш мозг электрической машиной. «Самая причудливая в мире», как писал Сеченов, сложно устроенная, но машина.21

Сеченов описал рефлекторную дугу: универсальный, по его мнению, физиологический механизм функционирования тела человека, не исключая головной мозг.

Существует два типа рефлексов: невольные (машинообразные) и произвольные. У первого типа – два звена: то, что воспринимает сигнал из среды и проводит его (нейрон-рецептор), и то, что, получая сигнал, реагирует на него движением мышцы или, скажем, выделением какой-либо физиологической жидкости (нейрон-эффектор). У второго, более сложного, типа рефлексов есть ещё и промежуточное звено, которое располагается в коре головного мозга (центральный нейрон или, как сейчас его называют, «интернейрон»). Он срабатывает как переключатель, перекидывая электрический сигнал на соседние клетки. Те либо возбуждаются, либо тормозятся.

Таким образом, в коре головного мозга формируются очаги возбуждения-торможения, сочетание которых определяет в каждый момент времени состояние тела и поведение человека в целом.

В этой концепции объяснение когнитивных функций строилось по аналогии с электромагнитными феноменами. Которые не могут существовать без подводки внешней энергии.

Память есть возбужденные очаги (центры), которые можно сопоставить с «запоминанием» и «хранением» информации, а также – угасающие очаги-центры в мозге, что согласуется с описанием процесса «забывания».

«Мысль» – не что иное, как застойное возбуждение в центральном звене рефлекса. Который по каким-то причинам остаётся незавершённым.

В связи с этим Сеченов особо подчёркивал, что причина поступка – не мысль сама по себе, а действие среды: «Первоначальная причина всякого поступка лежит всегда во внешнем чувственном возбуждении, потому что без него никакая мысль невозможна». 21

Дальнейшее развитие рефлекторная теория получила в трудах выдающегося физиолога Ивана Павлова.

В известных опытах по исследованию физиологии пищеварительной системы животных Павлов доказал существование двух типов рефлексов, которые постулировал Сеченов. Только назвал их будущий академик по-своему.

Машинообразные рефлексы – «безусловные» (т.е. практически независящие от условий среды; например, различные инстинктивные реакции защиты), а произвольные – «условные» (нужен внешний сигнал среды: постоянные условия, которые выработают полезную приспособительную реакцию; например, выделение слюны у собаки на многократно предъявляемый экспериментатором звонок, совмещенный с выдачей пищи).

За эту новаторскую работу в 1904 году Павлов получил Нобелевскую премию.

Однако только экспериментами по исследованию работы желудочно-кишечного тракта учёный не ограничился. Из просто физиолога он переквалифицировался в нейрофизиолога.

Теоретическое описание работы мозга, сделанное Сеченовым, Павлов счёл недостаточным. И попытался уничтожить даже намёк на идеалистический характер мозговых процессов (Сеченов позволял себе писать о «воле» и «самосознании», которые трудно согласовать с представлением о мозге-машине).

Павлов ввёл понятие «второй сигнальной системы», свойственной только человеку. И тем самым придал рефлекторной теории вид полного описания мозга без использования терминологии предыдущей модели и отсылок к ней.

Учёный рассуждал примерно так.

У развитых животных (допустим, собак) есть безусловные (выделение слюны на кусок мяса во рту) и условные рефлексы (то же выделение слюны, но натренированное, скажем, на звонок).

Однако у человека, наряду с этими двумя, есть ещё и третий тип рефлексов. Слюна может появиться на «сигнал о сигнале» – например, картинку с изображением куска мяса. Мозг собаки на такой сигнал не реагирует, а человеческий – ещё как.

Следовательно, нейроны коры нашего мозга формируют ещё более сложные условные рефлексы – т.н. «условные рефлексы второй сигнальной системы». Для этого им надо объединяться в устойчивые очаги возбуждения, что является физиологической основой представлений и/или психических образов.

Эти образы, в свою очередь, могут соединяться, дополнять друг друга, накладываться и т. д. У животных образов-картинок в мозге нет, потому что нет ресурса для таких супер-рефлексов. А у человека есть: огромное число интернейронов в коре больших полушарий головного мозга.19

Академик Павлов экстраполировал описанные им «условные рефлексы второй сигнальной системы» на всё человеческое поведение. В 1916—17 гг. он выступил с рядом публичных докладов, в которых рассказал о «рефлексе цели» и «рефлексе свободы».

Под первым он понимал ни много ни мало универсальный инстинкт к жизни. В подтверждение приводил пример человеческой тяги к собиранию чего-либо (академик сам был заядлым коллекционером): «Ведь коллекционировать можно всё, пустяки, как и всё важное и великое в жизни: удобства жизни (практики), хорошие законы (государственные люди), познания (образованные люди), научные открытия (учёные люди), добродетели (высокие люди) и т.д.».

«Рефлекс свободы», по Павлову, есть врожденное стремление к преодолению разнообразных препятствий. Сообщая об одном случае с собакой, на примере которой он рассуждал о «рефлексе свободы», учёный не удержался от более широкого обобщения. Он заявил, что людям, например, в их политической деятельности, тоже свойственно испытывать «рефлекс свободы». Который, впрочем, всегда борется с «рефлексом рабства». 20

Довольно быстро у специалистов типа Сеченова и Павлова – физиологов и нейрофизиологов – появились конкуренты. Тоже специалисты и тоже приверженцы «естественнонаучной» картины мира.

Их стали называть «психологами» и «психиатрами». Они предложили свою версию мозга-машины.

Самый известный из них – Зигмунд Фрейд, ставший основоположником целого направления в психологии и психиатрии.

Это т. н. «динамический» (от др.-греч. dynamis, означающего «сила»; имелись в виду мощные психические силы, обитающие в глубинах бессознательного) подход, популяризированный благодаря прикладному методу лечения психических расстройств, психоанализу.

Психиатр Фрейд так же, как нейрофизиолог Павлов, полагал мозг трёхмерной машиной.

Всё своеобразие которой сформировано средой (базовый конфликт, т.н. «Эдипов комплекс», по Фрейду, присущ каждому человеку и возникает у ребёнка при контакте с родителями или замещающими их фигурами). Ведь и конфликт в тёмных недрах бессознательного, и вполне различимый «сигнал о сигнале» невозможны без внешнего, социального, взаимодействия.

Примечательно, что Фрейд в своих поздних работах развивал идею противопоставления «влечения к жизни» и «влечения к смерти», 27 а также широко интерпретировал описанный им конфликт между бессознательным и реальностью в контексте общественных отношений и культуры.26

Напрашивается явная аналогия с рефлексами свободы, рабства и цели в изложении Павлова.

По мере распространения и утверждения теории о машиноподобном мозге, когнитивные специалисты чувствовали себя всё увереннее. Они составляли собственную профессиональную касту и всё меньше нуждались в помощи фундаментальной науки: среди них всё реже встречались те, кто разбирался в физике и математике.

Великий учёный Герман фон Гельмгольц, которого в равной степени можно назвать физиком, математиком, физиологом и врачом, был научным наставником Вильгельма Вундта (того самого, кто организовал первую в мире лабораторию экспериментальной психологии – см. главу 2) и Ивана Сеченова.

Кроме фон Гельмгольца, Сеченов стажировался у известного физика и физиолога Эмиля Генриха Дюбуа-Реймона, брат которого Пауль Давид был не последним европейским математиком.

Иван Павлов, восхищавшийся трудами Сеченова, был учеником Вундта. Зигмунд Фрейд учился у невропатолога и психиатра Жана-Мартена Шарко, возглавлявшего знаменитую клинику для душевнобольных Сальпетриер, и чрезвычайно часто ссылался на объёмные труды того же Вундта.

Однако, если Сеченов и Вундт – физиологи, то Павлов и Фрейд – уже более узкие специалисты.

Так же, как другие ученики Вундта: психиатр Эмиль Крепелин (сформулировал классификацию психических расстройств, принципы которой используются по сей день) и психолог Гуго Мюнстерберг (изобретатель «психотехник», основоположник прикладной профессиональной психологии в США).

Как и ученики Шарко – психиатр Эйген Блейлер (автор терминов «шизофрения» и «аутизм») и невролог Жозеф Бабинский (описал многие патологические симптомы и синдромы).

«Естественнонаучные» толкователи мозга неустанно бомбардировали обывателей новейшей терминологией и, в случае поломки объекта, составляли инструкцию для его починки.

Одни специалисты говорили о «высшей нервной деятельности», другие – о загадочных, обитающих в бессознательном, «силах». «Соматики» спорили с «психиками», материалисты – с идеалистами, физиологи – с психологами, социалисты – с дегенеративистами, неврологи – с психиатрами, теоретики – с экспериментаторами.

Но, как бы ни кружилась от обилия предложений голова, спрос всё равно оставался высоким. Нюансы вторичны. Существенно, что центральный тезис «мозг – это машина» овладел умами (см. табл. 4).

Итак, в начале XX века наибольшее признание получили две версии «естественнонаучного» описания мозга: рефлекторная теория и психоаналитическое толкование. В обеих трактовках отчётливо просматриваются три измерения:

– Биологическое (в интерпретации Сеченова-Павлова – безусловные рефлексы, у Фрейда – бессознательные инстинкты).

– Социальное (в обеих версиях – среда).

– Психическое (у нейрофизиологов – «высшая нервная деятельность», у психоаналитиков – «Эго» или просто «Я»).

Триумф и кризис

Теория о механическом мозге, почти полностью зависящем от среды, стала плодом деятельности специалистов – вознесла их на вершину общественного триумфа, обеспечила им долгий «золотой век».

Но, как известно, за всяким возвышением неминуемо наступает спад.

Между прочим, привычка всюду, где нужно и не нужно, внедрять модную специализацию и машинизацию сделалась предметом критики уже в конце XIX века.

В романе Фёдора Достоевского «Братья Карамазовы» один из персонажей иронично рассуждает: «Совсем, совсем, я тебе скажу, исчез прежний доктор, который ото всех болезней лечил, теперь только одни специалисты и всё в газетах публикуются. Заболи у тебя нос, тебя шлют в Париж: там, дескать, европейский специалист носы лечит. Приедешь в Париж, он осмотрит нос: я вам, скажет, только правую ноздрю могу вылечить, потому что левых ноздрей не лечу, это не моя специальность, а поезжайте после меня в Вену, там вам особый специалист левую ноздрю долечит». 14

Более мрачный юмор мы находим в рассказе Герберта Уэллса «Бог Динамо» («The Lord of Dynamos», 1894 год), где по сюжету представитель примитивной культуры, незнакомый с электрическими машинами, настолько напуган и одновременно восхищён одной из них, что обожествляет её. Он решает, что «Великое Динамо» требует жертвы и, как ни печально, приносит её – незадачливого техника, взявшегося обучить дикаря.24

Опрометчиво доверять оценку научных теорий художникам. Часто, несмотря на гениальность дарования, они пристрастны и не обладают нужным уровнем знания.

Об успешности теории следует судить по её следствиям. И не только прямым, в своей области, но и косвенным – по плодотворности идей, которые эта теория предоставила другим областям познания.

Вот пример из физики.

До публикации Джеймсом Максвеллом в 1873 году теории электромагнетизма учёные довольно смутно представляли природу бытия.

Кто-то верил в атомы, кто-то – в магнетические флюиды. Но большинство было убеждено в том, что всё пространство Вселенной заполнено неосязаемым эфиром (в этом они, между прочим, следовали заблуждениям Декарта: что само по себе опровергает существование т.н. «универсальных гениев»).

Максвелл объяснил электромагнитные явления, сделав это в строгой математической форме. Он позаимствовал у другого учёного, физика Майкла Фарадея, догадку о существовании электромагнитного поля. А затем предположил, что имеют место колебания упругого эфира – электромагнитные волны.

Прямым следствием теории Фарадея-Максвелла стало то, что генераторы постоянного тока (те самые «динамо-машины», что впечатлили несчастного дикаря из рассказа Уэллса) были заменены на более эффективные устройства – генераторы переменного тока.