Драконы Эдема

Спустя всего несколько десятилетий после Гальвани несколько хорошо образованных англичан, застрявших в Альпах из-за непогоды, устроили соревнование, кто из них напишет лучшее литературное произведение, полное ужасов. Одна из них, Мэри Шелли, создала знаменитую историю о чудовище доктора Франкенштейна, которое пробуждалось к жизни, когда через него пропускали сильный электрический ток. С тех пор электрические устройства стали главной опорой фильмов ужасов и романов насилия. Идея, лежащая в их основе, принадлежит Гальвани. Она ошибочна, но термин проник во многие западные языки — например, можно сказать, что я был «гальванизирован» к написанию этой книги.

Многие нейробиологи считают, что мозг выполняет свои функции благодаря нейронам, хотя есть свидетельства, что некоторые специфические воспоминания и другие познавательные функции могут содержаться в определенных молекулах мозга — таких, как РНК или небольшие белковые молекулы. На каждый нейрон в мозге приходится около десяти глиальных (от греческого слова, означающего «липкий») клеток, которые для нейронной архитектуры служат строительными лесами. Средний нейрон человеческого мозга имеет от 1000 до 10000 синапсов или контактов с соседними нейронами. (Есть основания считать, что число синапсов многих нейронов спинного мозга достигает 10 000, а у так называемых клеток Пуркпнье в мозжечке — и того более. Число контактов нейронов коры головного мозга, вероятно, менее 10 000.) Если каждый синапс дает один ответ типа «да — нет» на элементарный вопрос, как это имеет место в переключающихся элементах электронных вычислительных машин, то максимальное число таких «да — нет» ответов, или битов информации, которое может содержаться в мозге, составляет около 1010 • 103 =1013, или 10 триллионов, битов (или 100 триллионов = 1014 битов, если считать, что каждый нейрон имеет 104 синапсов). Часть этих синапсов должна содержать ту же информацию, что уже хранится в других синапсах, часть должна быть связанной с двигательной или другими непознавательными функциями, а некоторые могут оставаться просто чистыми, являя собой своего рода склад, ожидающий новую информацию, чтобы заполниться ею.

Если бы у каждого человеческого мозга был всего один синапс — что соответствует монументальной глупости, — то наш разум мог бы находиться всего линь в двух состояниях. Если бы мы имели всего 2 синапса, то ему были бы доступны 22 = 4 состояния, при 3 синапсах — 23 = 8 состояний и в общем виде при n синапсах — 2n состояния. Но человеческий мозг содержит около 1013 синапсов. Таким образом, число различных состояний, в которых он может находиться, представляет собой число 2, возведенное в эту степень, то есть помноженное само на себя десять триллионов раз. Это невообразимо большое число, намного превышающее, например, число всех элементарных частиц (электронов и протонов) во Вселенной, которое меньше чем число 2, возведенное всего в степень 103. Благодаря столь гигантскому числу возможных функционально различных конфигураций человеческого мозга никакие два человека, даже близнецы, выращенные вместе, не могут быть совершенно одинаковыми. Эти чудовищные числа могут также в какой-то мере объяснить непредсказуемость человеческого поведения в те моменты, когда мы удивляем даже самих себя тем, что делаем. Более того, в свете этих цифр удивительным становится, как вообще существуют хоть какие-нибудь закономерности в человеческом поведении. Но далеко не все возможные состояния мозга обязательно осуществляются, колоссальное число конфигураций никогда не наблюдалось никем из людей за всю историю человечества. С этой точки зрения каждое человеческое существо поистине редко и отлично от других, а отсюда как очевидное этическое следствие вытекает священная неприкосновенность каждого человека.

В последние годы стало ясно, что в мозге существуют электрические микросети. Нейроны, входящие в эти микросети, способны давать значительно более широкий круг ответов, нежели простые «да» или «нет», в отличие от переключающихся элементов в электронных вычислительных машинах. Размеры этих микросетей очень малы (обычно около 1/10 000 сантиметра), и, таким образом, информация передается по ним чрезвычайно быстро. Они реагируют на напряжение, равное приблизительно 1/100 того, что необходимо для возбуждения обычных нейронов, и потому способны на более тонкие и точные ответы. По мере увеличения сложности животных число таких микросетей растет и достигает своего пика — абсолютного и относительного — у человека. Они возникают на самых последних этапах внутриутробного развития человеческого детеныша. Существование таких микросетей говорит о том, что разум может быть результатом не только большой величины отношения массы мозга к массе тела, но также и избытка специализированных переключающихся элементов и мозге. Эти микросети делают возможное число его состояний еще большим, чем следует из проведенных только что расчетов, и, таким образом, дополнительно увеличивают удивительную уникальность каждого человеческого мозга.

Мы можем подойти к вопросу об информации, содержащейся в человеческом мозге, другим путем — с помощью интроспекции, то есть самонаблюдения. Попытайтесь представить себе какой-нибудь зрительный образ из детства. Вглядитесь в него внимательно своим мысленным взором. Вообразите, что он состоит из маленьких точек наподобие фотографии в газетах. Каждая точка обладает определенным цветом и яркостью. Теперь вы можете задаться вопросами: сколько битов информации необходимо, чтобы описать цвет и яркость каждой точки, сколько точек нужно, чтобы создать картину, вызванную вами в памяти, и сколько времени требуется, чтобы вспомнить все детали картины, возникшей перед вашим мысленным взором. Предаваясь воспоминаниям, вы в каждый данный момент сосредоточиваете свое внимание на очень маленькой детали картины, ваше поле зрения весьма сужено. Когда же вы соберете вместе все эти данные, то получите скорость переработки информации мозгом в битах за секунду. Произведя соответствующие вычисления, я получаю, что предельная скорость переработки информации мозгом равняется примерно 5 000 битов в секунду. [ 12 ]

Чаще всего такие зрительные воспоминания концентрируются на очертаниях фигур и резких переходах от яркого к темному, а не на конфигурациях частей, имеющих нейтральную яркость. Лягушка, например, хорошо видит лишь контрастные по яркости предметы. Есть, однако, серьезные свидетельства тому, что достаточно обычны детальные воспоминания о внутренних частях предметов, а вовсе не об их очертаниях. Самый яркий пример тому, вероятно, — эксперименты с людьми по реконструкции объемного образа, когда необходимо мысленно соединить память о том, что видел один глаз, с тем, что в данный момент видит другой. Слияние образов при таком — он называется анаглифическим — способе их рассмотрения требует, чтобы в память вошло 10 000 элементов предъявленной картины.

Но я вовсе не вспоминаю зрительные образы все время, пока я бодрствую, равно как не подвергаю постоянно людей и окружающие предметы внимательному изучению. Я занят всем этим лишь небольшой процент времени. Другие мои информационные каналы — слуховой, осязательный, обонятельный и вкусовой — работают со значительно меньшей скоростью передачи информации. Я полагаю, что средняя скорость переработки информации мозгом составляет приблизительно 5 000 / 50 = 100 битов в секунду. За шестьдесят с лишним лет это дает 2 • 1011, или 200 миллиардов, битов зрительной и всякой иной информации, запасенной для воспоминаний, — в предположении, что я обладаю идеальной памятью. Это меньше, но не намного, чем число синапсов или нейронных соединений (поскольку мозгу приходится заниматься не только воспоминаниями), из чего следует, что нейроны и в самом деле являются главными переключающимися элементами при выполнении мозгом его функций.

Замечательную серию экспериментов по выявлению изменений, происходящих в мозге при обучении, провели американский психолог Марк Розенцвейг и его коллеги в Калифорнийском университете в Беркли. Они содержали две популяции лабораторных крыс в различных условиях: одну в убогой, однообразной, бедной обстановке, другую, наоборот, в богатой, разнообразной, обогащенной среде. У животных второй группы обнаружилось разительное увеличение массы и толщины коры больших полушарий мозга, а также изменение химии мозга. Эти изменения произошли как у взрослых, так и у молодых крыс. Подобные эксперименты показывают, что обучение сопровождается физиологическими изменениями мозга. Они демонстрируют также, как пластичность мозга может задаваться его анатомическими механизмами. Поскольку чем больше кора больших полушарий мозга, тем легче осуществить дальнейшее обучение, становится ясным, насколько важна богатая окружающая среда в раннем детстве. Отсюда должно следовать, что обучение соответствует возникновению новых синапсов или же активации ранее бездействовавших. Некоторые предварительные свидетельства в пользу этой точки зрения были получены американским нейроанатомом Вильямом Гринау и его сотрудниками в Иллинойском университете. Они обнаружили, что, после того как в течение нескольких недель крыс обучали выполнять новые задачи в лабораторных условиях, в коре их больших полушарий возникали новые ответвления нейронов, образующие синапсы. У других крыс, которые содержались в тех же условиях, но не получали аналогичного обучения, подобных нейроанатомических новшеств не наблюдалось. Образование новых синапсов требует синтеза белковых молекул и молекул РНК. Есть немало фактов, указывающих на то, что эти молекулы образуются в мозге во время обучения, а некоторые исследователи предполагают, что результат обучения содержится в молекулах белков и РНК мозга. Но, видимо, правильнее будет сказать, что новая информация содержится в самих нейронах, которые, в свою очередь, построены из молекул белков и РНК.

12

На плоскости в одну сторону горизонта — 180 градусов. Диаметр Луны таков, что она видна под углом 0,5 градуса. Я могу различать кое-какие ее детали, скажем, до двенадцати отдельных элементов. Отсюда следует, что разрешающая способность моего глаза составляет около 0,5 / 12 = 0,04 градуса. Все, что меньше этого, мой глаз уже не различает. Мой внутренний взор, так же как мой реальный глаз, имеет размеры примерно 2x2 градуса. Значит, в каждый момент я могу видеть крохотную квадратную картинку, содержащую (2 / 0,04)2 = 2 500 элементов, похожих на отдельные точки фотографии, переданной по линиям связи. Чтобы определить все возможные оттенки серого цвета, а также всех иных цветов таких точек, требуется около 20 битов на каждый элемент картинки. Таким образом, для полного описания моей маленькой картинки понадобится 2 500 х 20, то есть около 50 000 битов в секунду. Для сравнения: фотокамеры совершающего посадку аппарата «Викинг», которые также обладают разрешающей способностью 0,04 градуса, имеют лишь 6 битов на каждый элемент картинки, чтобы описывать яркость, и могут передавать эту информацию по радиоканалам прямо на Землю со скоростью 500 битов в секунду. Нейроны мозга генерируют примерно 25 ватт энергии, чего едва достаточно, чтобы питать маленькую лампу накаливания. «Викинг» передает всю информацию и осуществляет иные свои функции, тратя на это около 50 ватт.