Наука сознания. Современная теория субъективного опыта

Подобный экспериментальный метод можно использовать и в обратном направлении: посылать по электроду импульсы, чтобы активировать близлежащие нейроны. Этот метод называется микростимуляцией. Такая стимуляция настолько слаба, что на коже вы ее не почувствуете, но ее хватает, чтобы пощекотать нейроны и побудить их послать свои собственные сигналы. Использование микростимуляции позволяет задать вопрос: “Если искусственно заставить возбуждаться эту группку нейронов у кончика электрода, что они велят делать животному?”

Скажем, саламандра при электрической стимуляции тектума производит сложное скоординированное движение[37 - T. Finkenstadt and J.-P. Ewert, “Visual Pattern Discrimination through Interactions of Neural Networks: A Combined Electrical Brain Stimulation, Brain Lesion, and Extracellular Recording Study in Salamandra salamandra,” Journal of Comparative Physiology 153 (1983): 99–110.]. Она поворачивается, открывает рот, высовывает язык, вытягивает передние конечности и делает хватательные движения своими длинными тонкими пальцами – будто ловя добычу. Какую бы область пространства ни отслеживали нейроны в определенной зоне тектума, при электрической стимуляции этих нейронов животное будет тянуться к той самой области.

Стимулируйте точку на карте тектума игуаны – и повернутся ее тело, голова, глаза[38 - B. E. Stein and N. S. Gaither, “Sensory Representation in Reptilian Optic Tectum: Some Comparisons with Mammals,” Journal of Comparative Neurology 202 (1981): 69–87.]. Животное будет смотреть ровно на то место, которому соответствует ваша точка на карте.

Стимулируйте тектум рыбы, и ее тело изменит положение, чтобы сориентироваться на нужную область пространства[39 - H. Vanegas and H. Ito, “Morphological Aspects of the Teleostean Visual System: A Review,” Brain Research 287 (1983): 117–37.]. Точно развернуться в нужном направлении для рыбы – это не просто пошевелить шейным суставом. Здесь требуется сложное взаимодействие плавников и воды.

У гремучих змей есть своя версия инфракрасного зрения: пара специализированных чувствительных к температуре органов, расположенных посередине между глазами и ноздрями. Эти органы посылают информацию в тектум, который формирует карту температурных сигналов, наложенную на обычную зрительную карту пространства[40 - P. H. Hartline, L. Kass, and M. S. Loop, “Merging of Modalities in the Optic Tectum: Infrared and Visual Integration in Rattlesnakes,” Science 199 (1978): 1225–29.]. Предполагается, что на этой мультисенсорной карте основываются как способность змеи поворачивать голову в сторону добычи, так и точность ее нападения.

В тектуме совы зрительная карта совмещена со звуковой[41 - S. P. Mysore and E. I. Knudsen, “The Role of a Midbrain Network in Competitive Stimulus Selection,” Current Opinion in Neurobiology 21 (2011): 653–60.]. Когда птица охотится, она может нацеливаться, либо увидев добычу, либо, при охоте ночью, услышав ее шуршание в траве.

Стимулируйте верхний холмик обезьяны, и произойдет стремительное скоординированное движение головы и глаз[42 - R. H. Wurtz and J. E. Albano, “Visual-Motor Function of the Primate Superior Colliculus,” Annual Review of Neuroscience 3 (1980): 189–226.]. Обезьяна повернется к нужной точке пространства. Мне не встречались исследования с применением электрической стимуляции к верхнему холмику мозга человека, но мы – подвид приматов, и у нас предположительно действует тот же механизм, что и у обезьян. Когда вы поворачиваетесь на что-то посмотреть, особенно если неожиданное событие заставляет вас ориентироваться быстро, рефлекторно, – это непринужденное на вид, хорошо скоординированное движение скорее всего запускается из тектума.

Все позвоночные пользуются тектумом примерно одинаковым образом, хотя у многих видов есть свои дополнительные особенности. Область мозга собирает сенсорную информацию, выбирает самое яркое из происходящего вокруг и направляет животное, физически поворачивая его органы чувств в нужную сторону.

Такая ориентировка иногда называется явным вниманием[43 - M. I. Posner, “Orienting of Attention,” Quarterly Journal of Experimental Psychology 32 (1980): 3–25.]. Это простое решение фундаментальной проблемы: вокруг происходит так много всего, что мозгу не справиться с обработкой всей информации. Животному нужно выбрать наиболее его интересующее и отбросить остальное. Если вы направите глаза и уши на один объект, то автоматически отбросите другие события, которые окажутся на периферии. Для вас эту работу выполняет тектум. Это первый в эволюции “центральный пульт управления” вниманием в мозге позвоночных.

Большинство людей, говоря о внимании, имеют в виду именно явное. В обиходном смысле слова, на что вы смотрите – тому и уделяете внимание. Отвернувшись от объекта – не уделяете.

Но взгляд – это лишь часть истории о внимании. Студент может машинально черкать на бумажке, смотреть в тетрадь, но по-прежнему обращать скрытое внимание на преподавателя. Или представьте, что вы случайно услышали, как люди вас обсуждают. Вы не станете поворачиваться к ним, чтобы не выдать себя, но ваше внимание, ваши ресурсы обработки информации сосредоточатся на этом разговоре. Или вы можете замечтаться, сидя в кресле, и ваше внимание обратится на что-то, чего попросту не существует в физическом мире, а ваш взор будет рассеянно блуждать по потолку. Во всех этих примерах направление внимания не совпадает с направлением взгляда. Этот более сложный его вид – скрытое внимание – не входит в обязанности тектума, который занимается только явной ориентировкой. С тектумом в роли основного центра внимания лягушка в состоянии пользоваться только явным вниманием. Она может физически разворачиваться к объектам окружающего мира.

Во внимании – явном ли, скрытом – нет смысла, если им нельзя управлять. Но управление – не такая уж простая инженерная задача. Нужно тщательно отслеживать управляемое. Впервые в этой эволюционной истории мы встретим не просто клетки, обрабатывающие информацию, и не просто животных, направляющих внимание, но мозговые системы, которые создают схему внимания – комплекс информации (его называют внутренней моделью), следящий за состоянием внимания. Наша эволюционная история подбирается все ближе к чему-то напоминающему сознание. Но пока еще не добралась.

Беспилотному автомобилю нужна внутренняя модель всей конструкции. Встроенный в него компьютер должен не только получать информацию о внешнем мире и затем посылать сигналы рулю и педалям. Системе необходима информация о самой машине, ее форме и размере, ее поведении на дороге, ее постоянно меняющихся характеристиках: скорости, ускорении, местоположении. Без богатой, постоянно обновляемой внутренней модели, содержащей большой объем информации, у машины будет лишь центр управления, который посылает водительские команды, но, скорее всего, дело кончится аварией.

Принцип внутренней модели был впервые описан в инженерной сфере[44 - E. F. Camacho and C. Bordons Alba, Model Predictive Control (New York: Springer, 2004); R. C. Conant and W. R. Ashby, “Every Good Regulator of a System Must Be a Model of That System,” International Journal of Systems Science 1 (1970): 89–97; B. A. Francis and W. M. Wonham, “The Internal Model Principle of Control Theory,” Automatica 12 (1976): 457–65.]. Неважно, что управляется – что-то материальное, вроде машины или роботизированной руки, или нечто аморфное, например поток воздуха во всех помещениях большого здания. Чтобы система управления работала как следует, ей нужна внутренняя модель того, чем она управляет. Ей требуется возможность наблюдать машину, робота или потоки воздуха. Внутренняя модель чем-то напоминает карту на столе генерала – с маленькими пластиковыми танками и солдатиками. Это связный комплекс информации, который, обычно упрощенным или схематичным образом, отражает и отслеживает то, чем нужно управлять.

Тот же принцип работает и в биологии. Мозг управляет телом с помощью внутренней модели, так называемой схемы тела – комплекса информации о его структуре и постоянно меняющемся состоянии[45 - M. S. A. Graziano and M. M. Botvinick, “How the Brain Represents the Body: Insights from Neurophysiology and Psychology,” in Common Mechanisms in Perception and Action: Attention and Performance XIX, ed. W. Prinz and B. Hommel (Oxford, UK: Oxford University Press, 2002), 136–57; N. Holmes and C. Spence, “The Body Schema and the Multisensory Representation (s) of Personal Space,” Cognitive Processing 5 (2004): 94–105; F. de Vignemont, Mind the Body: An Exploration of Bodily Self-Awareness (Oxford, UK: Oxford University Press, 2018).]. Иногда при инсульте повреждаются области мозга, которые строят схему тела[46 - H. Head and G. Holmes, “Sensory Disturbances from Cerebral Lesions,” Brain 34 (1911): 102–254; G. Vallar and R. Ronchi, “Somatoparaphrenia: A Body Delusion. A Review of the Neuropsychological Literature,” Experimental Brain Research 192 (2009): 533–51.]. Если пациент больше не осознает форму или структуру своей руки, он не сможет ею управлять. Пострадают простые навыки – указывать на что-то, дотягиваться рукой, держать чашку. Но увидеть важность внутренней модели можно и не заглядывая в отделение постинсультной реабилитации. Повесьте тяжелую сумку с покупками на запястье и попробуйте взяться за ручку двери: поначалу ваши движения будут неуклюжими. Внутренняя модель руки, имеющаяся у мозга, внезапно оказывается неправильной: изменились динамические свойства конечности. Но очень быстро, за несколько попыток, внутренняя модель выучит новые правила, и ваши движения станут плавнее и точнее[47 - A. M. Haith and J. W. Krakauer, “Model-Based and Model-Free Mechanisms of Human Motor Learning,” in Progress in Motor Control: Neural Computational and Dynamic Approaches, Volume 782, ed. M. Richardson, M. Riley, and K. Shockley (New York: Springer, 2013), 1–21; S. M. McDougle, K. M. Bond, and J. A. Taylor, “Explicit and Implicit Processes Constitute the Fast and Slow Processes of Sensorimotor Learning,” Journal of Neuroscience 35 (2015): 9568–79; R. Shadmehr and F. A. Mussa-Ivaldi, “Adaptive Representation of Dynamics during Learning of a Motor Task,” Journal of Neuroscience 14 (1994): 3208–24.]