вычисление структуры мозга человека савельев
Вынос мозга: прибор, измеряющий интеллект, до смерти перепугал чиновников
Заведующий лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН вызывает оторопь у коллег своими резкими высказываниями в адрес признанных авторитетов. А главное обвинение в его адрес звучит примерно так: «Предлагает сортировать людей по объему и устройству мозга». Так ли это? Мы решили узнать у него самого.
— Сергей Вячеславович, видел отзывы на ваше интервью «Комсомольской правде», где вы, в частности, обсуждаете различия мозга мужчины и женщины. Многим показалось, что вы считаете слабый пол глупее сильного.
— Так вы же при этом утверждаете, что гениев с большим объемом мозга в четыре раза больше, чем с маленьким!
— Поясните, пожалуйста, что это за поля?
— Понятно, и что дальше?
Так вот, число нейронов в них может отличаться в десятки раз. Представляете интеллектуальную пропасть? Она многократно перекрывает расовые, этнические или половые различия. Это как бегать наперегонки с человеком, который выше вас в 40 раз.
Лиля Брик любила Владимира Маяковского не только за брутальную внешность, но и за содержимое черепной коробки. Фото: Getty Images
Человек не венец природы
— Вот бы еще этот мозг научился работать на сто процентов, как у героя фильма «Области тьмы»!
— Вы извините, но утверждение, что наш мозг работает всего лишь на 10 процентов, просто дебильное. Это вбрасывают в информационное пространство всякие там «психологи», которые абсолютно не понимают принципов его работы. Вы бы смогли ходить на одной ноге? Не думаю. Вот и мозг работает не частично, а полностью, просто с разной интенсивностью. Если отключить часть нейронов, мы просто потеряем память и перестанем быть самими собой.
— А энергии мозг потребляет много?
— Каким же образом тогда человек стал венцом природы?
— А кто это вам сказал? В нашем кишечнике живут полтора килограмма организмов, которые отлично процветают. В каждом из нас их больше, чем всех людей на Земле. И кто больше преуспел? Успешность на планете определяется репродуктивной стратегией, сколько вы оставляете потомков после себя. Человек эволюционирует по биологическим законам. Люди ходят на работу, чтобы получить пищу и построить себе норку, размножиться и обеспечить перенос генома.
Изменить эволюцию за 5 млрд рублей
— Вы не даете этому оценку, просто констатируете?
— Почему же? Я как раз считаю, что на смену биологической должна прийти эволюция разума. Мы знаем, что мозг людей сильно различается, нам известно, какие поля за что отвечают. Что требуется? Создать такой прибор, чтобы он сканировал мозг, определял, к чему его обладатель более склонен, исходя из размера его полей. Этот метод я назвал церебральным сортингом. Лет в 15, после начала полового созревания, человек получал бы соответствующую рекомендацию.
— И можно сделать такой прибор?!
— И дорого будет стоить такой прибор?
— На сегодняшний день миллиардов пять рублей. Разработки и базовые конструкции уже есть. Но на государственном уровне идея блокируется, я занимаюсь этим в частном порядке. А представьте, что будет, если поиском лекарства от инфекционных болезней станут заниматься не замшелые маразматики с образованием 1965 года, а творческая группа людей, чей мозг самой природой для этого предназначен? И так во всех сферах человеческой деятельности.
Бюджеты для шарлатанов
— О «маразматиках». Вы известный ниспровергатель авторитетов. Что имели в виду, называя прославленного психиатра Владимира Бехтерева и физиолога Ивана Павлова «забавными персонажами»?
— Суровый вы человек…
— А знаете, какова доля бюджета, выделяемого на науку, тратится на всяких прохиндеев? Около 85 процентов! И не только в нашей стране, но и во всем мире. Обещали вам стволовые клетки от всех болезней. Ну и где? Сколько было выделено на чудодейственное клонирование. И что дальше? Поднимите научные программы за 20 лет и посмотрите, что получено на выхлопе. Сложите циферки, только сядьте сначала в мягкое кресло. И вы поймете, что за такие деньги не только лекарство от COVID можно разработать, но еще останется на другие проекты. Но пока мы живем по правилам биологической эволюции, а не церебрального сортинга, ничего, к сожалению, не изменится.
Возможности мозга безграничны?
Вы согласились бы жить вечно при условии, что ваша жизнь продолжалась бы в неразумном состоянии?
Сергей Савельев: Конечно, нет. Это неинтересно. Хотя некоторые люди рождаются и умирают, не приходя в сознание, как было написано в анамнезе у одного из генеральных секретарей коммунистической партии. Жил и умер, не приходя в сознание. Конечно, это шутка. Но есть растения, которые живут тысячи лет. Спросите у них, наверное, им это нравится. Что касается человеческой эволюции, то это не что иное, как эволюция мозга, и больше ничего. Потому что во всем остальном мы сделаны никудышно. Как говорил знаменитый офтальмолог Гельмгольц, если бы Господь Бог поручил мне сделать глаза, я бы сделал их в сто раз лучше. Это касается и всех остальных человеческих органов.
Что такое горе от ума в физиологическом проявлении этого, скажем так, недуга?
Хорошо, спрошу так: чрезмерная нагрузка на мозг может иметь для человека негативные последствия?
Сергей Савельев: Существует наивное мнение, что человеческий мозг беспределен в своих физиологических возможностях. На самом же деле он в них сильно ограничен. Есть четкие физиологические пределы. Скорость метаболизма нельзя повысить бесконечно. Когда человек умственно не активен, то есть когда, например, читает «Российскую газету» на диване перед сном, он потребляет примерно девять процентов всей энергии организма. А если чтение его чем-то возбуждает и подогревает, действует как перец в пище, то он начинает задумываться, и расходы энергии в этом случае достигают двадцати пяти процентов от всей энергии организма. Это очень большие расходы и очень тяжелые. Человеческий организм сопротивляется им. Поэтому мы ленивы и нелюбопытны. А между тем творчество требует как раз тех самых двадцати пяти процентов.
Значит, ради здоровья умственную энергию нужно экономить?
Вы хотите сказать, что интеллектуальные нагрузки вредят мозгу?
Сергей Савельев: Конечно, вредят, он же приспособлен не для интеллекта.
Я думал, вы скажете, что интеллектуальные нагрузки укрепляют мозг, как физические нагрузки укрепляют мышцы.
Сергей Савельев: О, это мечта любого государя.
Разве мозговая пассивность не ведет к умственной деградации?
Сергей Савельев: Мир наполнен мистическими историями про мозг, но суть-то проста: мозг не хочет работать, потому что его работа требует энергетических затрат. В этом причина нашей праздности, лени и желания украсть, а не заработать.
Есть люди, обладающие феноменальными способностями. Например, умением за несколько секунд перемножить в уме два четырехзначных числа. Этому есть научное объяснение?
Сергей Савельев: Надо учиться в физико-математической школе, чтобы овладеть таким умением. Это несложно, есть хорошо известные приемы. Ну и кроме того, надо быть ограниченным во многих других областях, чтобы сосредоточенно демонстрировать такие фокусы. Ничего творческого или тем более гениального здесь нет. Истории известны люди, которые замечательно умножали цифры, особенно когда речь шла об их собственных деньгах. Но, к сожалению, эти люди ничего не произвели, кроме таких расчетов.
В человеческом мозге есть отделы, отвечающие за ту или иную одаренность, например, за музыкальную или шахматную?
Сергей Савельев: Конечно, есть. Вся поверхность мозга занята областями, которые структурно очень хорошо выявляются. Можно посмотреть на гистологические срезы. На этих гистологических срезах толщиной в несколько микрон, если порезать человеческий мозг, существуют поля и видны их границы. Каждое поле функционально приспособлено к той или иной функции. Скажем, к зрению, слуху, движению. И мозг состоит из таких полей. И он индивидуально изменчив. То есть каждое поле у разных людей разное. У одного человека, к примеру, у хорошего фотографа, оно в «зрительной» области может быть в три раза больше, чем у любого другого. А это миллиарды нейронов, миллиарды связей. Никогда не объяснишь, почему один видит то, чего не видит другой. То же самое и у музыканта или ученого. Наши индивидуальные возможности определены комбинацией этих полей, имеющих разные размеры. У кого какое-то поле большое, у того та или иная одаренность явственно выражена. А у кого некое поле маленькое, тому свои способности, допустим, к математике, уж извините, ничем не нарастить. Словом, наше поведение детерминировано размером полей коры мозга, а также подкорковых структур, которые отвечают за каждую функцию. Например, за музыкальную. Чтобы просто слышать, нужно иметь два десятка структур. Вероятность, что у одного человека все эти структуры будут достаточно большие, прямо скажем, невелика. Поэтому выдающихся музыкантов мало, а имитаторов полным-полно.
Как соотносятся между собой мозг и разум?
Можно ли сказать, что разум является посредником между мозгом и телом?
Сергей Савельев: Нет. Разум вообще понятие не научное. В чем разум? Тыкать пальцем в клавиатуру компьютера? Нажимать на кнопки телефона? Считать до десяти?
Тем не менее есть понятие «разумные существа».
Сергей Савельев: Я не занимаюсь философией.
Есть пределы развитию мозга?
Сергей Савельев: Те, кто задает такие вопросы, предполагают, что человеческий мозг законсервировался двести тысяч лет назад, и с тех пор эволюционных изменений не происходит.
Сергей Савельев: За двести тысяч лет, даже чуть меньше, примерно за сто тридцать пять тысяч, человеческий мозг уменьшился на двести пятьдесят граммов. Я имею в виду цивилизованную Европу. Потому что они отбирали конформистов и уничтожали творческих, самостоятельных людей.
Эволюция мозга была отрицательной?
Разве конформизм и способность к социальной адаптации свойственны только европейцам?
Сергей Савельев: Да. Потому что они всегда очень тесно жили, и любой приказ какого-нибудь князя быстро доходил до всех. Смотришь, уже голову рубят крестьянину в соседней деревне. А в Африке это плохо действовало, и в России это плохо действовало, не получалось. Поэтому у нас полиморфизм сохранился больше, а у европейцев меньше. Чем больше полиморфизм, тем больше шансов для эволюционного прогресса.
Безграничные возможности мозга, если таковые имеются, несут в себе какие-то риски для человечества?
Сергей Савельев: Безграничных возможностей нет. Во-первых, есть ограничения энергетические. Во-вторых, человеческий мозг приспособлен для решения конкретных биологических задач и жестко сопротивляется любому нецелевому использованию. Поэтому он работать не хочет, не любит и по возможности не будет никогда.
Значит, лень имеет физиологическое обоснование?
Можно заставить работать ленивый мозг?
Сергей Савельев: Можно.
Мозг гения физически отличается от мозга обычного человека?
Это правда, что человеческий мозг используется не более чем на пять процентов?
Что такое старение мозга? От чего начинается старческая деменция?
Значит, интеллектуальная нагрузка необходима мозгу?
Обещает ли нам эволюция умственный прогресс?
Сергей Савельев: Нет, не обещает. Перспективы печальны: уменьшение размеров мозга из-за тотального конформизма и постоянной адаптации к среде, экспорт своей индивидуальности и способностей государству в обмен на экономию энергии. Когда мы договариваемся с государством или религией, мы им дарим свою творческую, интеллектуальную свободу. А они, в свою очередь, гарантируют нам пищу и размножение. Так что дальше все будет хуже и хуже. И если эта тенденция сохранится, то человеческий мозг может уменьшиться еще граммов на двести пятьдесят.
Выходит, эволюция идет в обратном направлении? Человечество не умнеет, а глупеет?
Сергей Савельев: Увы, это так.
Фотограф, член Творческого союза художников России, награжден бронзовой, серебряной и золотой медалями ТСХ России.
С.В. Савельев СОЗРЕВАНИЕ ПАМЯТИ
Для понимания себя полезно знать, как из набора простейших рефлекторных реакций эмбриона появляется способность к пониманию окружающего мира и мышлению. Эти явления одного порядка с теми, которые давно разрабатываются для взрослых людей в рамках антропогенетики (Lambertini, 1981). Авторов, занимающихся этой проблемой, интересует соотношение наследственных и средовых факторов в индивидуальном и социальном становлении человека. Для детей до пубертатного периода эти события носят принципиальный характер, поскольку детерминируют их способы восприятия и использования окружающего мира.
В предыдущих главах было рассказано о двух составляющих нашего мышления: инстинктивно-гормональной лимбической системе и неокортикально-стриарном комплексе произвольной рассудочной деятельности. Эти системы принятия решений созревают в разное время и вступают в непримиримый конфликт в головном мозге конкретного человека. Формируется система мышления, построенного на двойственности сознания, что обрекает человека на мучительную жизнь и непоследовательность принятия решений. Однако от рождения до становления двойственности сознания человек обычно проживает от 15 до 35 лет. Этот длительный период формирования основ поведения нельзя оставить без пристального внимания.
Именно в это время происходят те принципиальные события, которые предопределяют индивидуальное поведение человека. В самом начале самостоятельной жизни когнитивные запечатления построены на подкреплении, которое обеспечивается различными эмоциями. Про эмоции человека придумано множество самых разных теорий, похожих на убеждённое описание ёжиков, жонглирующих мыльными пузырями. Этим увлекательным делом занимаются любители психологии и философии, избавленные образованием от понимания функциональной морфологии мозга. Даже у совершенно несмышлёного ребёнка внимательные мамаши быстро научаются замечать врождённые формы проявления удовольствия или неудовольствия. Вполне понятно, что столь скользких вопросов появления детских эмоций искушённые ценители психоанализа избегают, как радиоактивной свалки. В таких ситуациях их умозрительные методы закономерно становятся посмешищем даже в глазах искренних ценителей алогизмов 3. Фрейда.
Под эмоциями я понимаю систему внутримозгового инстинктивно-гормонального подкрепления или отри-цания событий, приводящих к повышению или понижению жизнеспособности. Эти события происходят по общим принципам как у новорождённого, так и у древнего старика. С этих позиций и будут рассмотрены процессы приобретения когнитивного опыта, становление системы подражания и запечатления. В основе перечисленных свойств мозга лежат общие механизмы памяти, которые используются всеми структурами головного мозга для накопления и сравнения информации о внешнем и внутреннем мире.
Для анализа закономерностей развития когнитивных способностей необходимо ясное представление о нейробиологической природе данного процесса. В связи с этим следует кратко рассмотреть элементарные механизмы памяти и мышления. Природа памяти остаётся одной из самых излюбленных тем для физиологической и психологической натурфилософии. Проблемы механизмов памяти обычно трактуют как некий круг широких и разнонаправленных процессов мозга, понять которые, видимо, не дано. В соответствии с модой временами предлагались нематериальные формы памяти, биохимические и молекулярно-генетические модели запоминания. До сих пор туманные рассуждения о РНК-глиальных взаимодействиях и хранении памяти в виде информационных нейропептидов и особых колебаний клеток регулярно возникают в научной литературе. Трудно не согласиться с тем, что пассивное и энергонезатратное хранение информации на любом носителе дало бы мозгу огромные преимущества. Однако эти фантазии перечёркиваются печальным опытом кратковременной остановки работы мозга. Примерно через 6 мин после начала клинической смерти в мозге начинает необратимо разрушаться память, а через четверть часа о личных воспоминаниях говорить уже не приходится. Если бы память хранилась на каком-либо энергетически независимом носителе, то она могла бы восстановиться. Этого никогда не происходит, что означает динамичность памяти и постоянные энергетические затраты на её поддержание.
Кратко перечислим реальные тривиальные сведения о памяти и причинах её утраты. Память — это функция нервных клеток. При синдроме Корсакова, рассеянном склерозе, ишемической болезни мозга, когда дегенерируют нейроны, память исчезает. Следовательно, память не может быть в мозге отделена от её носителей — нейронов. При этом крайне важно, что нейроны, определяющие память человека, находятся преимущественно в неокортексе. Неокортекс содержит около 11 млрд нейронов и в несколько раз больше глии. Количество нейронов — важный показатель для запоминания. У беспозвоночных с небольшим количеством нейронов индивидуальное научение не превышает 5—7% генетически детерминированных форм поведения.
Изучение простых нервных сетей кишечнополостных показало, что для появления способности запоминать необходимо обладать некоторым минимальным количеством нейронов. Тогда их связей хватит, чтобы сохранить хоть что-то от произошедшего события. Следовательно, память зависит от связей, в которые вступают клетки (Савельев, 20056).
Хорошо известно, что в памяти информация хранится разное время. Есть долговременная и кратковременная память. Одни события быстро забываются, если не обновляются или не повторяются. Это говорит о том, что память динамична. Она как-то удерживается, но не надолго, а затем, при невостребованности, исчезает. Однако существуют и ещё более странные закономерности, известные каждому читателю. Всякие ненужные и бесполезные события могут запоминаться навсегда, а нужные — всего на несколько часов. Таким образом, память избирательна, но эта избирательность на первый взгляд необъяснима. Попробуем разобраться в описанных парадоксах.
Крайне существенно понимать, что память — энергозависимый процесс. Нет потока энергии — нет памяти. Любой энергозависимый процесс невыгоден организму. Это значит, что без крайней биологической необходимости такой процесс поддерживаться не будет. Следствием энергозависимости памяти является нестабильность её содержательной части. Сохранение информации в динамической системе приводит к её постоянному изменению. Воспоминания о прошедших событиях фальсифицируются во времени вплоть до полной неадекватности. Реального счётчика времени у памяти нет, но его заменяет скорость забывания. Память о любом событии уменьшается обратно пропорционально времени. Через час забывается половина всего попавшего в память, через сутки — две трети, а через месяц — четыре пятых. Жизнь животного и человека в воспоминаниях делится не на условные отрезки (годы, месяцы, дни), а на события, которые являются маркёрами времени.
Перечисленный набор свойств памяти хорошо известен. Попробуем понять принципы её устройства, исходя из биологической целесообразности результатов работы. Физические компоненты памяти состоят из нервных путей, объединяющих одну или нескольких клеток. В них входят зоны градуального и активного проведения сигналов, различные системы синапсов и тел нейронов.
Представим себе модельное событие. Организм с развитым мозгом впервые столкнулся с новой, но достаточно важной ситуацией. Через несколько сенсорных входов животное получило разнородную информацию. Её анализ завершился принятием решения, реализованного при помощи скелетной мускулатуры. При этом результат полностью удовлетворил организм. В нервной системе сохранилось остаточное возбуждение — движение сигналов по цепям, которые использовались при решении проблемы. Это «старые цепи», существовавшие до ситуации с необходимостью запоминать новую информацию. Поддержание циркуляции разных информационных сигналов в рамках одной структурной цепи крайне энергозатратно, поэтому сохранение в памяти новой информации обычно затруднительно. Во время повторов или в похожих ситуациях могут образоваться новые синаптические связи между клетками блока памяти, и тогда полученная информация запомнится надолго. Информация будет отведена от «старых цепей» и начнёт циркулировать на «собственном физическом носителе». Это не значит, что путь её движения затем не используется для других процессов запоминания.
Таким образом, запоминание — это сохранение остаточной активности нейронов участка мозга. Память тем лучше, чем больше клеток вовлечено в этот процесс. Чем разнообразнее структура информации, тем больше центров и клеток участвует в её хранении. Как правило, в процесс запоминания включены сенсорные, аналитические и эффекторные системы, поэтому яркие воспоминания вызывают характерные движения глаз и непроизвольную моторную активность.
Память мозга — это вынужденная компенсаторная реакция нервной системы. Она вызвана стремлением нейронов «экономить» на повторном формировании уже однажды возникших рецепторных, аналитических и эффекторных связей, которые нужны при ответе на раздражение.
Если воздействие однотипно, а предыдущий путь обработки сигнала ещё поддерживается нейронами, то происходит узнавание воздействия. Узнавание воздействия или раздражения закрепляет в нервной системе способ его обработки, а не сам образ предмета или воздействия. Экономия энергии является основой для запоминания. В большом и развитом мозге человека происходит закрепление любых вариантов ответов на воздействия, но они исчезают без регулярного повторения. Нейронные сети по обработке сигналов всегда как бы стоят перед двойственным выбором: сохранить приобретённый опыт и сэкономить на решении идентичной проблемы или уничтожить его. С одной стороны, если этот опыт не пригодится, то длительная поддержка ненужной информации «съест» много ресурсов. С другой стороны, если сразу «забыть» приобретённый опыт, то может потребоваться слишком много энергии для повторного проведения анализа и принятия адекватного решения. Эта дилемма решается просто: нет повторения — есть забывание. Иначе говоря, энергетическая «скупость» мозга служит фундаментальной основой для появления кратковременной и долговременной памяти. Вполне логично поискать причины существования кратковременной и долговременной памяти. Это условные названия одного процесса, который разделён только по механизмам нейронного хранения. Кратковременная память предполагает быстрое запоминание и такое же быстрое забывание полученной информации. В основе кратковременной памяти лежит физиологический принцип использования имеющихся связей между нейронами.
Любая информация переходит во временное хранение. Такое хранение представляет собой циклическую передачу сигналов по кольцевым цепям из отростков и синаптических контактов нейронов. В этот момент реализуется способность нейронов передавать сигналы при помощи различных медиаторов, но через одни и те же синапсы. По сути дела, происходит двойное использование одной нейронной сети. Совпавшие с предыдущими циклами памяти участки сети воспринимаются мозгом как найденные закономерности, а абсолютно новые участки — как модификации уже найденных принципов. Однако этот способ хранения информации хорош для кратковременного использования. Очень трудно разводить потоки параллельных сигналов, различающихся по времени, амплитуде, частоте и медиаторам, но проходящие по одним и тем же проводникам. Поддержка стабильности такой живой широкополосной системы энергетически крайне затратна и нестабильна. Это хранилище памяти открыто для внешнего мира, что делает его особенно уязвимым. К тем же клеткам приходят новые возбуждающие сигналы, накапливаются ошибки передачи и происходит перерасход энергетических ресурсов. Нейроны хорошо поддерживают такую память при полной мобилизации организма. Студент выучит за 3 дня толстую книгу, но утратит её содержание, не сумев найти энергетических ресурсов для его перевода в долговременную память. Большая ёмкость кратковременной памяти обычно свидетельствует о предыдущей длительной релаксации или патологии обменных процессов. Цена мобилизации — опережающее старение нейронов, а редкое использование мозга ведёт к быстрому утомлению и склеротическим изменениям.
Однако ситуация не так плоха, как выглядит. Нервная система обладает долговременной памятью. Конечно, она зачастую так трансформирует реальность, что делает исходные объекты просто неузнаваемыми. Степень модификации хранимого в памяти объекта зависит от времени хранения. Память сохраняет воспоминания, но модифицирует их так, как хочется её обладателю. Животные ведут себя аналогично. Лисы, волки, бородавочники, шакалы и многие другие животные, возвращающиеся к своим норам и старым гнездовьям, всегда выглядят крайне смущёнными, когда вновь осматривают знакомое место. По-видимому, прошлогодний образ чудесной норы или гнезда несколько не соответствует увиденным реалиям, поэтому животные всегда пытаются улучшить то, что ещё год назад было вполне приемлемым. Плохая память рождает идеальные образы прошлого, к которым животные и человек пытаются привести сегодняшнюю реальность. Поведенческая активность по компенсации расхождений образов памяти и реальных объектов является прекрасным движущим мотивом для большей части человечества.
В основе долговременной памяти, как ни странно, лежат простые и случайные процессы. Дело в том, что нейроны всю жизнь формируют и разрушают свои связи. Синапсы постоянно образуются и исчезают. Довольно приблизительные данные говорят о том, что этот процесс спонтанного образования одного нейронного синапса может происходить примерно 3—4 раза в 2— 5 дней у млекопитающих. Несколько реже возникает ветвление коллатералей, содержащих сотни различных синапсов. Новая полисинаптическая коллатераль формируется за 40—45 дней. Поскольку эти процессы происходят в каждом нейроне, вполне понятна ежедневная ёмкость долговременной памяти для любого животного. Можно ожидать, что в коре мозга человека каждодневно будет образовываться около 800 млн новых связей между клетками и примерно столько же будет разрушено. Долговременным запоминанием является включение в новообразованную сеть участков с совершенно неиспользованными, новообразованными кон-тактами между клетками. Чем больше новообразованных синаптических контактов участвует в сети первичной (кратковременной) памяти, тем больше у этой сети шансов сохраниться надолго.
Методическое и долговременное обучение собственно и сводится к накоплению первичных и незадействованных синапсов в новообразованных циклических сетях запоминания. Время запоминания тем меньше, чем больше клеток участвует в этом процессе. Чтобы усилить запоминание, надо привлекать больше клеток из самых разных систем: зрения, слуха, вкуса, обоняния, мышечной рецепции и т. д. Игровое обучение людей и животных, реабилитационные программы для неврологических пациентов и быстрое усвоение огромных массивов разнообразной информации построены именно на этом простом, но крайне эффективном принципе.
Однако в системе есть и изъяны. Предсказать, где и сколько клеток образует новые связи, весьма затруднительно. Это вероятностный процесс. Мы не можем узнать, какой нейрон окажется достаточно энергетически обеспечен и морфогенетически активен для формирования новой коллатерали или синапса. В момент возникновения массы связей (на пике долговременного запоминания) можно заниматься отнюдь не жизненно важными проблемами. Долговременное запоминание произойдёт всё равно, нравится это или не нравится, нужная это информация или совершенно пустой фрагмент существования. Независимо от биологического содержания произошедшее явление будет долго и навязчиво воспроизводиться в памяти животного или человека.
Следовательно, единственным способом борьбы с неуправляемой долговременной памятью является увеличение времени на запоминание. Механизмы сохранения памяти основаны на способности стимулировать локальное кровообращение в том участке мозга, который больше нагружен. Увеличение кровообращения вызывает повышение метаболизма и стимуляцию синаптогенеза — базового процесса долговременной памяти. При этом необходимо привлекать самые разнообразные органы чувств и ассоциации, наращивая число клеток-запоминателей, а значит, и шансы на долговременное запоминание.
Забывание информации, сохранённой как в краткосрочной, так и в долгосрочной памяти, происходит по обратным законам. Если мозг не подкрепляет свой первичный опыт новыми результатами, не обращается к однажды полученной информации, то она забывается. Связи между нейронами пластичны. Невостребованные циклы памяти постепенно упрощаются или вытесняются новыми значимыми событиями. Таким образом, самый лучший способ забывания — невостребованность хранимой информации. Она сама исчезнет, если её не восстанавливать дополнительным вниманием. В этом случае мозг получает огромное «удовольствие», которое выражается во вполне материальном виде. Забывание — биологически очень выгодный процесс. При исчезновении любого самого короткого информационного цикла происходит экономия на синтезе аденозинтри-фосфорной кислоты, медиаторов, мембран, а также на аксонном транспорте. Всё, что приводит к уменьшению энергетических расходов мозга, воспринимается как биологический успех. Мозг не «догадывается» об информационной ценности памяти. Он стремится экономить на её хранении. Ему безразлично, на что затрачивается энергия, главное — её количество. Мозг человека старается не расходовать энергию на затратное поддержание любой информации. В связи с этим забывание происходит намного легче и приятнее, чем её запоминание.
Наиболее важный аспект когнитивных процессов представляет мышление (оно же — инсайт, ассоциативное обучение и т. д.). Оно может осуществляться в любой кортикальной структуре мозга или в системе ассоциированных между собой более древних центров. Исторически сложилось так, что мышление представляет собой философскую проблему. Её натужно надуманная суть оформлена в виде неразрешимого «гносеологического вопроса», а неразрешимость изобретена путём противопоставления теории происхождения и организации мышления. По «рационалистической» теории, законы мышления априорны. Они предшествуют опыту и являются базой для его осуществления. Мышление загадочным образом наследуется, его принципы неизменны. С «эмпирической» точки зрения законы мышления апостериорны. Все они вытекают из опыта и являются благоприобретёнными свойствами мозга конкретного человека.
Примерно так же рассуждают многие естествоиспытатели. В их странноватых парадигмах проблема выгля-дит более реально. У ортодоксальных рефлексологов гносеологическая проблема была однозначно перенесена на уровень условного рефлекса. Сущность философско-физиологических трудностей иллюстрирует старый, но очень милый вопрос о механизме формирования условного рефлекса. Он заключается в том, что необходимо решить, образуются ли новые межнейронные контакты при формировании условного рефлекса или сигналы «прокладывают» себе новые пути в уже имеющихся связях. Если связи в мозге динамически изменяются, то непонятно, как хранить бесценные безусловные рефлексы — основу всей теории. Если же все связи мозга возникли заранее, то приходится рассчитывать только на «божественный промысел» и надеяться на то, что все наши мысли предусмотрены. На самом деле никакого противопоставления этих двух явлений нет, как нет и самого «гносеологического вопроса». Попробуем рассмотреть более-менее реальные факты, говорящие о механизмах мышления.
Под мышлением следует понимать такую активность, которая приводит к появлению в поведении нестандартных решений стандартных ситуаций.
Например, попугай любит почёсывать голову когтистой лапкой. Это инстинктивный стандарт поведения. Однако макушку чесать не очень удобно. Попугай берёт шишку и почёсывает голову её краем. Попугай не обладал врождённым поведением, которое бы включило программу такого действия, но он берёт в лапу самые разные предметы, а это движение врождённое. Иначе говоря, попугай «сообразил», «домыслил», «придумал» или неожиданно «озарился», как использовать шишку и врождённую способность для новых целей. Пример с сообразительным попугаем аккумулирует множество условий, которым должно отвечать действие животного, если мы называем это результатом мышления.
Любые генетически детерминированные формы поведения не могут считаться мышлением. Такая детерминация может иметь как прямой генетический характер, так и косвенные формы. Генетически детерминированные формы поведения могут реализовываться через гормональную активность эндокринных систем или регулироваться внешними факторами.
Мышление всегда индивидуально. Действие животного или человека, являющееся плодом мышления, не может быть абсолютно идентичным у двух особей. В основе расхождений лежат индивидуальность развития и созревания головного мозга, а также гигантская изменчивость его морфологической организации. Вполне понятно, что на столь разном структурном субстрате не возникает идентичных решений.
Биологической целью мышления является достижение поведенческой исключительности конкретной особи. Этим благоприобретённым способом расширяется перечень вариантов поиска пищи, размножения и доминирования. Результаты поиска нестандартных решений могут равновероятностно приводить как к положительному, так и к отрицательному (понижающему достижение перечисленных целей) итогу, поэтому эффективность мышления заведомо ниже, чем реализация врождённых форм поведения.
Поведение, ставшее плодом мышления, передаётся следующему поколению с помощью непосредственного научения.
Вновь «выдуманная» форма поведения распространяется от одной особи к другой или от родителей к детям, что создаёт основы для социального наследования информации. Мышление — лишь потенциальная возможность мозга. Способность построена на индивидуальных особенностях архитектоники нервной системы. При исключительно благоприятных условиях мышление может ни разу не проявиться за время жизни конкретной особи. Для реализации мышления необходимо полностью исчерпать все врождённые формы поведения. В целом мышление — самое невыгодное занятие для мозга. Трудно придумать более порочный способ тратить драгоценную энергию нейронов. Вся история эволюции нервной системы построена на стремлении к экономии расходуемой энергии, а не на её трате. Мышление не является исключением из правила. На «разумной деятельности» всегда принято экономить. Любая интеллектуальная нагрузка крайне затратна для организма, поэтому в эволюции мозга сложились изощрённые способы сохранения энергии.
В животном мире часто превалирует гормональная регуляция основных форм поведенческой активности. Развитость органов чувств позволяет точно выбирать нужную врождённую программу, а гормональная регуляция становилась и пусковым стимулом, и системой достижения адекватного результата. Сочетание наследуемых программ поведения, органов чувств и гормонального контроля реализации форм поведения приводит к эффективному адаптивному поведению. Его часто вполне достаточно даже для животных с крупным мозгом. По сути дела, если такая форма регуляции поведения оказывается успешной, то никакого «затратного мышления» ожидать от животного или человека не приходится.
Тем не менее сравнивать информацию от различных органов чувств в головном мозге, в какой-то его области, необходимо. В связи с этим ещё на заре эволюции центральной нервной системы возникли специальные центры. В них анализировалась информация от внутренних и внешних рецепторов, эффекторных органов и принимались «решения», крайне далёкие от того, что мы понимаем под мышлением. Однако даже простой выбор инстинктивного поведения требует некоего специализированного участка мозга, где бы могло осуществляться относительно «беспристрастное» сравнение всех сигналов из внешней среды и организма. Чем объективнее такое сравнение, тем выше вероятность совершить адекватный поступок, повышающий адаптивность организма. Правильный выбор даст право на жизнь.
Эти жёсткие требования и привели к формированию своеобразной надстройки над рецепторными и эффекторными системами — ассоциативных зон мозга. Ассоциативные центры далеко не одинаковы в различных систематических группах позвоночных. Они неоднократно возникали в процессе эволюции на основе самых разнообразных отделов головного мозга (Савельев, 2005а, б, 2010, 2015). Только у млекопитающих ассоциативные центры сосредоточены в развитом неокортексе переднего мозга. Это стало возможно благодаря увеличению размеров мозга в целом и переднего мозга в частности. Избыток клеток в центрах церебрального обслуживания как внешних, так и внутренних анализаторов сочетался с ассоциативной корой, что дало огромные преимущества млекопитающим и усложнило их исследовательское мышление.
Обладатели крупного мозга становятся своеобразными заложниками его размеров. В большом количестве нейрональных связей постоянно фиксируется повседневная информация о внешнем мире и внутреннем состоянии. Чем больше мозг, тем разнообразнее информация и дольше она в нём хранится. При этом синаптогенез непрерывно изменяет материальную базу нашего мышления. Даже полное бездействие в конце концов приведёт к формированию случайного набора нервных связей, который вызовет неожиданное и совершенно «немотивированное» поведение. На самом деле «мотивация» была, но она не связана с неким определённым индивидуальным опытом или конкретным событием. Побуждение к действию возникло из-за вновь образованных межнейронных связей. Они случайно соединили разнообразные хранилища образов, слуховых стимулов, запахов и моторных навыков. Появилась доныне не существовавшая связь между явлениями, что побудило животное или человека к формально «немотивированному» действию. Мозг с огромным количеством морфогенетически активных нейронов непрерывно создаёт новые и разрушает старые связи. Однако в раннем развитии процессы морфогенеза идут быстрее. Мозг будет автоматически накапливать различные сведения, а поведение станет непроизвольно меняться.
Когнитивные процессы начинаются только тогда, когда складывается неразрешимая в рамках традиционного поведения ситуация.
Заставить мозг затрачивать дополнительную энергию на разработку непривычных методов поиска пищи при её наличии практически невозможно. Зато при исчезновении легкодоступных и привычных ресурсов оголодавший мозг начинает проявлять чудеса сообразительности и трудолюбия. С этого момента начинается творческое решение возникших проблем. Индивидуальный подход определяется вариабельностью нервной системы, а все решения уникальны. Способности мозга обычно не востребованы в стабильных условиях среды, но иногда проявляются в необычных ситуациях. Если животное или человек не может применить стандартное решение, то начинается когнитивный процесс.
Разумный поиск новых решений, возникающих биологических проблем состоит из нескольких параллельных процессов. Его базой является память, которая должна охватывать много разнообразных явлений, имеющих отношение к решаемой проблеме. Сети нейронов содержат разнообразные потоки постепенно стирающейся информации. Если она касается одного вопроса, то может частично перекрываться, проходя по одним и тем же клеткам. Поиск нового решения заключается в образовании новых систем связей между уже существующими нейронными комплексами. Если такая связь устанавливается, то появляется неожиданная цепь взаимодействий.
Новые связи становятся причиной компиляции уже имеющихся знаний. Понятно, что установление связей может происходить как по кратковременному, так и по долговременному типу. Если связи оказываются кратковременными, то и новая система взаимодействий может стать неустойчивой и быстро разрушится. При возникновении долговременных связей новая сеть нейронных взаимодействий может стать долгоживущей или даже вытеснить предшествующую цепь. Для человека это выражается в том, что называют ассоциациями. Какое-либо явление или предмет постоянно связывается с событиями или воспоминаниями, которые не имеют к нему никакого отношения, но хранятся где-то поблизости в коре. Случайная сенсорная или ассоциативная стимуляция центра может вызвать самые неожиданные воспоминания.
Таким образом, мышление — это процесс, навязанный мозгу постоянно протекающим морфогенезом случайного образования и разрушения нейронных связей.
Морфогенетическая активность нейронов врождённая. Она необходима для запоминания нужной информации, поступающей от рецепторных систем организма, и выбора моторной активности. Постепенно в мозге накапливаются сети медленно затухающих контактов нейронов, содержащих разнообразную информацию. При необычных обстоятельствах между этими сетями могут формироваться внутренние связи. Их появление объединяет ранее разобщённые сети и приводит к возникновению новых нейронных сетей. Такие функциональные сети не могут сформироваться на основе запоминания информации, идущей от органов чувств. Они ассоциативны по природе и являются результатом интеграции информации, приходящей как от органов чувств, так и от сенсомоторных центров.
Отвечая на философский «гносеологический вопрос» о мышлении, можно сказать, что он имеет приятную, но историческую ценность. Проблема мышления решается с помощью двух параллельных процессов: априорных способностей нейронов образовывать связи и апостериорных возможностей мозга, который может получать и накапливать информацию о внешнем мире. Эти явления удаётся разделить и противопоставить друг другу только умозрительно. Реальных оснований для натурфилософских конфликтов между упомянутыми процессами пока не установлено.
Следует напомнить, что мышление — ещё более затратный процесс, чем элементарное запоминание. Затраты на поиск нестандартных поведенческих решений могут быть огромны, а результаты сомнительны. Выгода от когнитивных процессов столь биологически эфемерна, что их старается избегать даже человек. Вся социальная структура сообществ животных и человека построена так, чтобы мышление как процесс поиска новых решений старых проблем не могло реализовываться в стабильных условиях среды. Иначе говоря, мышление — не постоянное свойство млекопитающих, а резервная система. Она возникла как артефакт способности нейронов образовывать и разрушать связи между собой.
Пока головной мозг был маленький, а нейронов немного, эти свойства нервных клеток приводили только к элементарному запоминанию и сравнению результатов собственной активности. Когда же мозг стал достаточно большим, свойства миллиардов нейронов сыграли с приматами злую шутку. Возникла устойчивая и изощрённая память, а на её основе — способность к сравнению и установлению скрытых связей между явлениями и предметами. Когнитивные процессы оказались для мозга затратными, поэтому животные и человек всячески избегают использования этого свойства мозга в стабилизированной среде обитания. Однако когнитивные процессы дают кое-какие преимущества, когда стабильность среды нарушается. Тогда любая нестандартность поведения может обеспечить выживание, которое не будет зависеть от случайности. По-видимому, появление когнитивных процессов произошло в очень нестабильной среде и при длительных вынужденных энергетических затратах мозга. Когнитивные способности не появляются на пустом месте. Их формирование начинается с попыток повторить чужой успех, полученный путём когнитивных усилий. Случайно замеченное когнитивное преимущество вызывает биологическую зависть и стремление к подражанию.
Под подражанием обычно понимают какое-то не совсем приличное поведение, напоминающее неумелое и бессмысленное повторение незнакомых слов попугаем или маленькими детьми. На самом деле это единственный способ быстрой передачи внегеномной информации между социализированными животными. Всё обучение в школе начинается с подражания учителю или родителям. Подражая действиям старшей и более опытной особи, обезьяны достают из стволов деревьев муравьев, цепляющихся за их палочку. Это происходит точно так же, как и обучение огранщиков брильянтов. Один человек или социальное животное показывает, а другой запоминает действия, приёмы или логические последовательности рассуждений.
Переход от простого подражания к осмысленному применению знаний обычно происходит двумя путями. В самом простом случае подражатель пытается использовать скопированный навык в новой ситуации. Получается обычно не очень хорошо. Приходится заставлять мозг работать, приспосабливая подсмотренный приём к новой ситуации. Это приводит к вовлечению огромного числа нейронов в решение задачи. Когда затея успешно получается, то метод решения во всех его адаптивных модификациях надолго запоминается. В более сложной ситуации к решению подключается не простое копирование действий, а его кортикальное осмысливание. Иначе говоря, подражатель пытается обдумать и предусмотреть все известные ошибки и возможные неудачи. Такой подход встречается реже, поскольку требует умения пользоваться неокортексом и приводит к большим затратам энергии, потребляемой мозгом. Когда проблема решена адаптированным копированием, то обычно считается, что произошло научение. На самом деле это далеко не так. Научение происходит не тогда, когда получен результат, а при осмысливании сути алгоритма решения. В конечном счёте это позволит применять найденный подход к решению многих задач в неожиданных условиях.
В этом отношении интересен первичный период возникновения понимания сути явлений и предметов у ма-леньких детей. В специальном исследовании анализировали сущностное (конвекциональное) описание предмета 24 детьми 5 и 7 лет при сравнении со взрослыми. В эксперименте от детей требовалось дать определение объекта, нарисовать его и сообщить дополнительную информацию о нём: сходство с известными объектами, форма, цвет, размер, структура, внешний вид и функция. В результате их аналитической деятельности должны быть разработаны основные отличительные признаки. Оказалось, что 5-летние дети приводят в описании одинаковые признаки, а дети постарше — индивидуализируют его (Schmidt, Shatz, 1986). Эти различия полностью совпадают с динамикой созревания неокортекса, нейроны которого между 5 и 7 годами особенно интенсивно формируют постоянные связи. Интересно отметить прагматичность детских описаний. Дети очень точно очерчивают функциональные характеристики объектов, намного реже упоминают конкретные примеры и внешний вид устройства. Занятно, что взрослые описания отличаются уточнением сущностных характеристик объекта, но очень похожи на детские при рассмотрении функций. Таким образом, подражание дополняется осмысленным научением примерно с 6— 7 лет, когда начинает созревать кортикальный морфологический субстрат мышления.
Научением является процесс ознакомления с объектом и элементарного запоминания ранее известных его внутренних и внешних связей. Индивидуальное запоминание носит модификационный характер, что детерминировано изменчивостью организации головного мозга человека. Поэтому невозможно добиться двух абсолютно одинаковых результатов при обучении разных людей или животных. Запомнив значимость, различие в силе связей и вероятность реализации компонентов изучаемой системы или объекта, мозг индивидуализирует информацию в рамках личного опыта особи. Это нивелирует подражательно-запоминательную природу любых знаний. Таким образом, научение сводится к запоминанию и использованию уже известных связей между явлениями, которые изменяются в результате личного опыта и персональных особенностей организации неокортекса. По сути дела, научением обычно называют элементарное и персонифицированное подражание, которое приводит к искомому результату.
Необходимо отметить, что подражание может быть двух типов: интуитивное и осмысленное. Осмысленное происходит тогда, когда человеку интересно и он тратит своё внимание для понимания и запоминания навыка или приёма. Интуитивное случается как бы само собой и без видимых усилий. Эта форма подражания называется запечатлением. Оно уже упоминалось в первой главе книги, но масштабы этого явления так значительны, что требуют дополнительных пояснений. Дело в том, что в животном мире запечатление является тривиальным фактом, описанным во всех учебниках. Оно состоит в том, что животные обычно запечатлевают первый движущийся объект в качестве своих родителей. Затем они его рассматривают как объект следования, а при подкреплении — и как полового партнёра. У животных существуют критические периоды различной продолжительности, во время которых происходит за-печатление как живых, так и неподвижных объектов (Шовен, 1972).
Для человека запечатление — столь же важное явление, хотя из-за размеров и сложности нервной системы имеются многочисленные особенности. Главной считается растянутость запечатлений, которая может продолжаться более 20 лет. Их неожиданная фиксация происходит в периоды активного нейрогенеза связей той или иной структуры головного мозга. Поэтому процесс запечатления имеет привязку как к созреванию мозговых структур, так и к внешним источникам событий.
Рассмотрим конкретный пример. Допустим, что у дитяти террориста началось формирование связей нейронов амигдалярного комплекса. Это центр инстинктивного контроля немотивированной агрессии. Если ребёнок в период созревания комплекса окажется вовлечён в ситуацию душегубства, то оно запечатлится на всю жизнь. В дальнейшем выросший ребёнок будет испытывать немотивированную неприязнь и скрытую агрессию к любым людям, похожим по полу, цвету кожи, религиозным верованиям или сексуальным пристрастиям на тех, кого преследовали его родители. По этой простой причине надо следить за запечатлениями детей и направлять их неизбежное возникновение на асоциальные явления. Специализированных структур в головном мозге довольно много, а процесс запечатления сильно растянут во времени и гетерохронен, что затрудняет осмысленный контроль этих процессов.
Единственным спасением из этой ситуации является сам головной мозг. Около 10 лет после рождения он очень активно перестраивается. Все перестройки происходят при невероятно быстром развитии новых связей и гигантских блоков синаптических межнейронных взаимодействий. По этой причине очень важные ранние запечатления часто забываются или сильно трансформируются. Однако при повторах первичного запечатления начинает действовать «закон усиления», который закрепляет их навсегда. Человеческие запечатления более обратимы, чем у животных, но не настолько, чтобы мы могли ими пренебрегать.
С.В. Савельев «Морфология сознания» в 2 т. — М.: ВЕДИ, 2018. — Т. 1. — 208 с: ил.
Книга об индивидуальном эмбриональном, плодном и детском развитии нервной системы человека. Прослежены закономерности раннего периода морфофункционального становления — от эмбриональной дифференцировки нейронов до начала полового созревания мозга. Обсуждается развитие основ сознания как результата индивидуального повторения биологической и социальной эволюции гоминид. Рассмотрена природа противоречий мышления, которая закрепляется в социальных инстинктах и в когнитивных запечатлениях.
Нажмите «Подписаться на канал», чтобы читать «Завтра» в ленте «Яндекса»