Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем

В соответствии с представлениями Генриха эволюционная успешность Homo sapiens в гораздо большей степени определяется умением извлекать выгоду из плодов труда нашего коллективного мозга, чем способностями нервной системы отдельных индивидуумов. Эта гипотеза отчасти объясняет, например, почему гоминиды с небольшим объемом мозга, окаменелости которых были найдены на острове Флорес в Индонезии, смогли, судя по всему, научиться пользоваться огнем для приготовления пищи или изготавливать каменные орудия, хотя объем их мозга был сравним с объемом мозга наших родственников австралопитеков. Формирование и передача культурных навыков мозгосетями компенсировала небольшой размер мозга каждого отдельно взятого Homo floresiensis. Соответственно, размер мозга – не единственная переменная, которую следует учитывать при анализе эволюции когнитивных способностей человека.

Хотя я согласен с большинством доводов Генриха, очевидно, что уникальные нейроанатомические и нейрофизиологические свойства каждого индивидуального мозга играют решающую роль в формировании оптимальных мозговых сетей и появления у социальных групп людей способности создавать и передавать знания (см. главу 7).

Смысл теории генно-культурной коэволюции, а также моих замечаний в отношении этой теории можно четко проиллюстрировать на примере одного из главных результатов человеческой эволюции – нашей уникальной способности создавать орудия труда. Встав примерно 4 миллиона лет назад на ноги, наши предки значительно увеличили дальность своих ежедневных перемещений в поисках пищи и крова. В какой-то момент это удивительное биологическое новшество позволило африканским гоминидам распространиться сначала вдоль побережья и вглубь континента, а затем и по всему миру. Таким образом, первым волнам колонизации мира человеком, а также истокам того, что мы сейчас называем глобализацией, мы обязаны босым ногам африканских иммигрантов, искавших лучшей жизни. Кто бы напомнил современным политикам, что без этих масштабных миграций не сформировался бы наш современный мир, каким мы его знаем.

Однако прямохождение не просто расширило границы перемещений человека. Оно освободило руки наших предков для множества других вариантов моторного поведения, некоторые из которых требовали тонких и точных координированных движений всех пяти пальцев, включая противопоставленный большой. Способность перемещаться на двух ногах в сочетании с выборочным разрастанием лобно-теменных сетей коры дала нам возможность пользоваться руками для изготовления орудий труда.

Однако для этого нашим предкам нужно было еще и научиться наблюдать и опознавать причинно-следственные связи в окружающем мире. Скажем, какой-то из наших предков швырнул камень о скалу. Поняв, что образовавшимися осколками много что можно было разрезать, этот гоминид решил намеренно разбивать камни друг о друга, чтобы получить больше орудий, которые лучше резали. А когда этот первый изобретатель с помощью своего инструмента смог быстрее и эффективнее отделить мясо от костей, вероятно, другие члены группы заметили это и начали внимательно наблюдать за тем, как изобретатель делал новый инструмент. Способность находить решения проблем и последующее распространение новых знаний среди членов социальной группы определяют ключевое неврологическое свойство, отличающее наш вид от других приматов.

Явление одновременной активации одинаковых структур мозга у нескольких наблюдателей при виде двигательных действий индивидуума называется моторным резонансом. Если наблюдатели начинают повторять наблюдаемые движения – это называют моторным заражением. Если такое заражение проявляется очень быстро, данное явление называют мимикрией. Особые сети в мозге приматов (см. главу 7) играют ключевую роль в создании моторного резонанса, который у макак-резусов, шимпанзе и человека вызывает либо заражение, либо мимикрию. Однако сравнительные анатомические и физиологические исследования этих кортикальных сетей у трех данных групп приматов выявляют значительные различия как в функциональной связности, так и в картине активации в процессе резонанса. Это очень важные наблюдения, поскольку они подчеркивают влияние эволюционного процесса сначала на связность сигналов между разными отделами коры височных, теменных и фронтальных долей, а затем и на схемы функциональной активации, что привело в итоге к формированию различных мозговых сетей у разных приматов.

В среднем макаки-резусы опираются на социальные взаимодействия для обучения новым навыкам меньше, чем шимпанзе, которые, в свою очередь, выполняют меньше сложных действий, выученных через социальное общение, чем люди. Это означает, что в поведении макак-резусов редко можно обнаружить примеры моторных навыков, приобретенных за счет социальных взаимодействий – через моторный резонанс и моторное заражение. У диких шимпанзе же, напротив, проявляется моторное заражение навыками, такими как коммуникационные жесты и изготовление орудий. В отличие от макак и шимпанзе, люди превосходно умеют использовать механизмы моторного резонанса и моторного заражения для распространения новых навыков в своей социальной группе – либо на локальном уровне с помощью жестов и речи, либо на расстоянии посредством огромного разнообразия способов коммуникации и технологий, созданных «коллективным мозгом».

У наблюдателя есть два способа, с помощью которых он подхватывает новые моторные действия: эмуляция и мимикрия. Эмуляция представляет собой простое копирование конечного результата наблюдаемого моторного действия, а мимикрия распространяет внимание наблюдателя также и на воспроизведение или копирование всего процесса, необходимого для достижения этого результата. Примечательно, что анализ всех доступных поведенческих данных показывает, что макаки-резусы склонны скорее эмулировать моторные действия, чем мимикрировать, тогда как у шимпанзе чаще наблюдается мимикрия. Шимпанзе способны наблюдать, осваивать, копировать и передавать новые навыки моторного поведения другим членам своей группы, а это свойство человекообразных обезьян предполагает умение развивать и поддерживать прототип моторной культуры.

Однако, несмотря на очевидную способность мимикрировать, шимпанзе делают это гораздо реже, чем люди. Главным образом, это означает, что шимпанзе все еще в большей степени сосредоточены на эмуляции (копировании финального результата моторного поведения), тогда как люди являются гораздо лучшими имитаторами, т. е. фокусируются в первую очередь на воспроизведении процесса, с помощью которого решается моторная задача. Более того, благодаря невероятному усилению коммуникации за счет речи люди гораздо лучше умеют обучать новым навыкам других. Иными словами, у людей понимание новых навыков довольно быстро и эффективно распространяется посредством разговора.

Как только понимание приходит к отдельному индивидууму или небольшой группе, оно посредством механизма, который я обсуждаю в главах 7 и 11, за счет моторного резонанса и заражения распространяется и заражает (почти как вирус) многих представителей данной социальной группы. Это вовлечение мозга отдельных людей ответственно за возникновение связанных с изготовлением орудий мозгосетей, которые совершенствуют технику, накапливают знания и передают их следующим поколениям.

После изобретения первого охотничьего орудия в постепенном процессе открытий, усовершенствования и последовательного усложнения начало эволюционировать искусство расщепления камня, составляющее основу первой в истории человечества промышленной революции и процесса изготовления орудий в целом. Хотя прошли миллионы лет, прежде чем примитивные ручные каменные топоры наших ранних предков превратились в острые копья, с помощью которых охотники Homo sapiens смогли убивать крупную добычу, изготовление и применение орудий неотъемлемы в любом описании определяющих характеристик человека. Другие животные, включая шимпанзе, также изготавливают рудиментарные орудия, их инструменты не обладают такой аддитивной сложностью, как наши. Кроме того, эти животные не проявляют уникальной человеческой способности приобретать и накапливать подобные знания и передавать их от одного поколения к другому на протяжении сотен, тысяч или даже миллионов лет.

Таким образом, появление необходимых для получения знаний умственных способностей у вида, склонного одновременно к кооперации и хвастовству своими навыками, привело к распространению инновационных подходов к расщеплению камня, что привело к революции в жизни человека. С этого момента для успешного развития и внедрения методов и навыков изготовления орудий требовалась реклама мастеров по обработке камня (поначалу очень тесной обособленной группы талантливых ремесленников), без которой эти недавно приобретенные знания неизбежно канули бы в Лету в полной безвестности, как пленники в мозговых карцерах отдельных мастеров.

Накопление, уточнение и передача знаний в человеческих мозгосетях в доисторические времена, вероятно, внесли вклад в создание самого главного оружия для успешной охоты на крупную добычу. Я имею в виду человеческую способность планировать и координировать действия большой группы охотников. Эта гигантская задача была связана не только со способностью эффективно обмениваться информацией со всеми индивидуумами в группе охотников в любой заданный момент времени, но также с более тонкими умственными задачами, решение которых позволяло всем членам команды и их вожакам понимать, что думают обо всем происходящем и о своих ролях другие члены команды, а также что они могут, а что не могут выдержать в психологическом и физическом плане в ходе столь напряженной операции. Речь в то же время стала основным способом распространения в человеческих обществах принципов новых мифологий.

Появление речи, изготовление орудий, создание модели психического состояния и социальный интеллект – все это ключи к пониманию причин невероятного увеличения размеров коры головного мозга за последние 2,5 миллиона лет нашей эволюции. И в то же время появление такого количества эволюционных инноваций поднимает важный вопрос: как все эти способности могли сочетаться в едином подвижном разуме?

Профессор археологии из Университета Рединга в Англии Стивен Митен тщательно исследовал эту проблему и выдвинул очень интересную гипотезу о том, как в результате сочетания ряда определенных ментальных навыков мог возникнуть целостный разум, способный на подобный уровень когнитивной подвижности. Находясь под сильным влиянием теории множественного интеллекта, сформулированной Говардом Гарднером, Митен выделил три основные фазы в процессе объединения возможностей человеческого разума. По мнению Митена, поначалу разум наших древнейших предков из гоминидов был «сферой общего интеллекта – сводом общих правил обучения и принятия решений». С течением времени наши предки приобретали новые индивидуальные интеллектуальные способности, такие как навыки изготовления орудий, речь и модель психического состояния, но их мозг не был способен интегрировать все эти модули. Скорее, в соответствии с приводимой Митеном аналогией, их мозг действовал подобно сложному швейцарскому армейскому ножу – устройству, обладающему множеством отдельных функций, которые невозможно объединить в одном инструменте. На заключительной стадии в модели Митена индивидуальные модули объединились или слились в единую функциональную сущность, дав начало разуму современного человека. С этого момента информация и знания, накопленные каждым отдельным модулем, стали доступны для свободного обмена и передачи, что привело к возникновению новых ментальных производных и когнитивных способностей, обеспечивающих человеческий разум подвижностью, творческим потенциалом, интуицией и возможностью генерировать предположения и инновационные идеи, которые не могли бы возникнуть ни в одном отдельном модуле.

Хотя другие археологи критикуют теорию и аналогии Митена, мне они кажутся интересными, по крайней мере в качестве отправной точки, помогающей связать познания о деталях анатомической эволюции коры человеческого мозга от момента нашего расхождения с общим предком с шимпанзе со знаниями о функционировании мозга современного человека после этого предполагаемого этапа слияния интеллектов. Митен не указывает никаких нейробиологических механизмов, способных объяснить этот процесс слияния способностей мозга. И это вполне понятно, поскольку большинство умозаключений относительно эволюции человеческого разума основаны исключительно на анализе эндокраниальных слепков, снятых с окаменевших черепов, которые редко доходят до нас целиком, и обычно лишены отдельных частей или вовсе состоят из фрагментов. Это не означает, что окаменелости бесполезны: реконструкции этих черепов позволяют оценить объем мозга всех наших предков, а эндокраниальные слепки часто дают возможность увидеть отпечатки, оставленные мозговой тканью на внутренней поверхности черепа. Все эти данные в сумме позволяют делать аргументированные выводы о форме и объеме разных частей неокортекса. В целом сравнительный анализ слепков показывает, что форма мозга претерпела значительные изменения при переходе от Australopithecus afarensis к Homo habilis, Homo erectus, Homo neanderthalensis и, наконец, к Homo sapiens.

Еще один способ оценить, что происходило в ходе эволюции человеческого мозга, заключается в сравнении его анатомии с анатомией мозга других приматов, таких как макаки-резусы и шимпанзе. Современные шимпанзе тоже эволюционировали с тех пор, как наши виды разошлись 6 миллионов лет назад, однако, хоть мы и не можем считать, что их мозг идентичен мозгу нашего общего предка, это полезный ориентир. Специалисты в области нейроанатомии, интересующиеся эволюцией мозга, проводят сравнения такого рода на протяжении уже многих десятилетий. Успехи в развитии современных методов визуализации мозга позволяют узнать гораздо больше подробностей о том, как происходило невероятное расширение неокортекса мозга человека по сравнению с мозгом наших ближайших родственников.

В целом неокортекс образован двумя основными компонентами – серым и белым веществом. Серое вещество содержит крупные кластеры главных типов клеток, определяющих функцию мозга: это нейроны и поддерживающие их клетки другого типа, называемые глией. Белое же вещество образовано большим количеством пучков нервных волокон. Эти пучки волокон ответственны за обширные связи между разными зонами коры, формирующими четыре доли (лобную, теменную, височную и затылочную[5]) в каждом из полушарий мозга – в левом и в правом. Также они обеспечивают прочную связь между правым и левым полушариями мозга через выросты так называемого мозолистого тела – нейрональной трассы, через которую кора получает и отправляет сообщения к субкортикальным структурам, таким как спинной мозг. Серое и белое вещество неокортекса легкоразличимы. Первое образует шестислойную нейронную структуру. Эти нейроны, принадлежащие собственно неокортексу, располагаются поверх плотного и толстого слоя белого вещества.

Рис. 2.4. Соотношение между серым и белым веществом коры у 59 видов животных. Обратите внимание, что обе оси являются логарифмическими. Zhang K., Sejnowski T. J. A Universal Scaling Law between Gray Matter and White Matter of Cerebral Cortex. PNAS 97, no. 10 (2000): 5621–26.

В конце 1990-х годов нейробиолог из Калифорнийского технологического института (Калтеха) Джон Оллман, который посвятил значительную часть своей научной карьеры изучению важнейших вопросов эволюции мозга млекопитающих, показал нечто, что стало теперь уже классическим открытием в области взаимосвязи между серым и белым веществом мозга. Оллман обнаружил, что график зависимости объема серого вещества коры от объема белого вещества для очень большого числа видов млекопитающих, включая многих приматов и человека, подчиняется строгому степенному соотношению.

Объем белого вещества = (Объем серого вещества)4/3

Показатель степени в этом уравнении (4/3) показывает, что при разрастании коры мозга объем белого вещества увеличивается намного быстрее (рис. 2.4). Если проанализировать аналогичные данные для приматов и попытаться выяснить, что именно изменилось в неокортексе человека и определило наши отличия от родственных нам шимпанзе и макак-резусов, становится ясно, что у человека наиболее значительный рост коры происходил за счет лобной доли, особенно ее самой передней части (непосредственно за лбом), называемой префронтальной корой, а также так называемых ассоциативных кортикальных областей в задней теменной и височной долях коры.

Если говорить о лобной доле, по сравнению с макаками-резусами у людей объем этой ткани увеличился в 30 раз. Интересно, что, как и предсказал Оллман, в наибольшей степени увеличение этой доли произошло за счет значительного разрастания белого вещества. Это привело к невероятному усилению связности между сильно разросшейся префронтальной корой и премоторной и моторной областями лобной доли и другими частями мозга, в том числе другими зонами коры в теменной и височной долях, а также субкортикальными зонами.

Это уникальное увеличение объема белого вещества в лобной доле человеческого мозга, а также сопутствующий рост ассоциативных зон в теменной и височной долях показывают, что гораздо большая часть человеческого неокортекса стала отвечать за концептуальное и абстрактное мышление более высокого уровня, требующееся для реализации развитых когнитивных навыков. Следовательно, не случайно нейробиологи, которые ищут неокортикальные сети, отвечающие за речь, изготовление орудий, четкое осознание самих себя, социальный разум и модель психического состояния – все те атрибуты, которые возникли за последние 4 миллиона лет эволюции гоминидов, – находят их в лобно-теменно-височных участках коры и в связывающих их аксональных путях. Я считаю, что именно такое распределение, скорее всего, породило органический вычислительный субстрат, давший начало Истинному творцу всего.

Учитывая все эти данные, мой вывод достаточно очевиден: для обеспечения эволюции больших и сложных социальных групп со сложным поведением, не говоря уже о культуре, которую мы передавали потомкам на протяжении тысячелетий, нам совершенно явно требовалось больше нейронов. Но несмотря на важность общего объема нейронов, думается, не менее принципиальна была уникальная нейронная сеть мозга, ставшая главной движущей силой возникновения у нашего вида удивительных ментальных способностей.

Оптимально подключенный внутри для гиперконнективности снаружи – кажется, именно таков лозунг эволюционной истории развития нашего мозга.

Но одного лозунга недостаточно ни для того, чтобы объяснить, как все эти человеческие свойства могли объединиться в цельном и подвижном разуме Homo sapiens, ни для того, чтобы найти нейрофизиологический механизм, позволивший нашему разросшемуся неокортексу формировать более крупные и более стабильные социальные группы. В современной нейробиологии первую проблему называют проблемой связывания. На протяжении последних тридцати лет проблема связывания была предметом жарких споров, в особенности среди тех, кто, как известный немецкий нейробиолог Вольф Зингер, изучает систему зрительного восприятия. Дело в том, что классическая теоретическая схема, именуемая моделью Хьюбела и Визеля в честь лауреатов Нобелевской премии Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля, чья работа в области зрительного восприятия произвела революцию в нейробиологии в целом и привела к рождению теоретической модели, которая спустя пятьдесят с лишним лет остается центральной догмой в физиологии зрения, не способна дать вменяемый ответ на этот вопрос.

С другой стороны, вторая проблема чрезвычайно важна для понимания того, почему мы, люди, преуспели в построении творческих и сплоченных социальных групп, которые смогли сформировать всю человеческую вселенную. Каким образом неокортекс соединяет свои части в единое непрерывное (или аналоговое) вычислительное устройство и как в конечном итоге она позволяет синхронизировать мозговую активность тысяч, миллионов и даже миллиардов отдельных людей в функциональные мозгосети?

Глава 3

Информация и мозг: немного Шеннона, чуточку Гёделя

Вжаркий влажный день лета 2015 года веселая толпа молодежи заполняла пасторальный променад в деревне Кларанс на швейцарской стороне Женевского озера, двигаясь, казалось, в ритме очередного концерта на открытом воздухе в рамках джазового фестиваля в Монтрё. С удовольствием отобедав в ресторане «Пале Ориенталь», расположенном всего в нескольких сотнях метров, мы с моим лучшим другом швейцарско-египетским математиком и философом Рональдом Сикурелом решили совершить послеобеденную прогулку и проанализировать еще один принципиальный элемент теории, которую мы выстраивали совместными усилиями. Мы шли бок о бок, подбрасывая друг другу идеи и обсуждая одну из наших любимых тем того богатого на события швейцарского лета (а именно – последовательность событий, позволивших жизни возникнуть на Земле несколько миллиардов лет назад, эволюционировать и преуспеть в непрестанном сопротивлении безжалостной и возрастающей во вселенной энтропии), пока вдруг не остановились перед странным деревом (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Рональд Сикурел позирует у знаменитого дерева на берегу Женевского озера в Монтрё, в Швейцарии, после важного теоретического прорыва (фотография любезно предоставлена Мигелем А. Николелисом).

Мы стояли, застыв посреди променада и сосредоточив все свое внимание на этом необычном дереве, и тут мне в голову неожиданно пришла одна идея. «Жизнь есть диссипация энергии с целью записи информации в органическую материю», – вдруг ни с того ни с сего произнес я, а затем повторил эту фразу несколько раз, чтобы точно ее не забыть.

Захваченный врасплох этой мыслью, которая немедленно начала резонировать у него в голове, Рональд вновь повернулся и уставился на дерево, словно ища на нем окончательное подтверждение. После недолгого молчания он широко улыбнулся, хотя и выглядел чуть более взволнованным, чем обычно. Он указал на ближайшую скамейку, приглашая меня присесть, и в конце концов заявил: «Кажется, есть!»

И тогда я понял, что мы наконец поймали нить, которую искали все лето, прогуливаясь по этому променаду каждый день, глядя на озеро, цапель, уток и гусей, раздражая спешащих по своим делам прохожих своей странной привычкой проводить мысленные эксперименты посреди оживленных улиц и в итоге по воле судьбы все же совершив наше судьбоносное знакомство со странным деревом, которое явно не казалось примечательным никому, кроме нас.

В то утро перед нашей обычной ежедневной встречей я по случайности обратил внимание на ветки и листья деревьев, росших по берегам этого швейцарского озера. Вспоминая типичные огромные кроны тропических деревьев Бразилии, которыми я восхищался с самого детства, я хорошо видел теперь, насколько разница в широте влияла на форму листьев деревьев и общую пространственную конфигурацию растений в разных уголках планеты. Я помню, как подумал об удивительном механизме адаптации, придуманном природой для оптимизации биологических солнечных панелей, используемых деревьями для извлечения максимального количества солнечной энергии в зависимости от того, где именно на планете Земля им выдалось пустить корни. Эта мысль заставила меня вспомнить почти забытый урок школьной учительницы ботаники, услышанный мною сорок лет назад. Речь шла о дендрохронологии – одном из увлечений нашей учительницы в 1977 году. Как считала мисс Зульмира, великий Леонардо да Винчи первым заметил, что каждый год на стволах деревьев образуется новое кольцо, ширина которого отражает климатические условия этого сезона (в определенных климатических условиях некоторые деревья могут образовывать за год несколько колец). Вооруженный этими знаниями, американский ученый и изобретатель Александр Твининг предположил, что путем сопоставления рисунка колец большого количества деревьев можно восстановить историю климатических условий в любой точке Земли. Годы с большим количеством влаги приводят к появлению более широких колец, а в засушливые периоды древесина нарастает лишь очень тонкими слоями.

Развивая эту идею, пионер в современной истории вычислительной техники Чарлз Бэббидж предположил, что можно характеризовать возраст геологических слоев и соответствующие климатические условия путем анализа колец, запечатленных в окаменелых деревьях. Хотя Бэббидж предложил этот метод в 1830-х годах, дендрохронология стала активной сферой научных исследований только благодаря трудам и настойчивости американского астронома Эндрю Элликотта Дугласа, который обнаружил корреляцию между древесными кольцами и циклами солнечных пятен, на протяжении тридцати лет измеряя ширину древесных колец от настоящего времени вплоть до 700-х годов нашей эры. Используя эти уникальные биологические записи, археологи смогли точно установить, например, время постройки некоторых сооружений ацтеков в юго-западной части современных Соединенных Штатов. Сегодня дендрохронология позволяет ученым восстанавливать картины вулканической активности, ураганов, оледенений и осадков, происходивших на Земле в прошлом.