Нейробиолог о том, как мы пришли к тому, чтобы познавать самих себя.

Автор: Майкл Грациано, Оригинал: The Atlantic

С тех пор как Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов» в 1859 году, эволюция была великой объединяющей теорией биологии. Тем не менее, одна из самых важных биологических особенностей, сознание, редко изучается в контексте эволюции. Теории сознания приходят из религии, философии, когнитивной науки, но никогда из эволюционной биологии. Может быть, именно поэтому такому маленькому количеству теорий удалось ответить на основные вопросы: в чем заключается адаптивное значение сознания? Когда оно эволюционировало и у каких животных оно есть?

Теория сознания о схемах внимания, разработанная в течение последних пяти лет, возможно будет способна ответить на эти вопросы. Теория предполагает, что сознание возникает как решение одной из наиболее фундаментальных проблем, стоящих перед любой нервной системой: для полной обработки постоянно поступает слишком много информации. Мозг развивал все более и более сложные механизмы для глубокой обработки нескольких избранных сигналов за счет других, и в теории сознания о схемах внимания оно является конечным результатом этой эволюционной последовательности. Если теория верна, что еще предстоит определить, то сознание постепенно эволюционировало в течение последних полутора миллиардов лет и присутствует у ряда видов позвоночных животных.

Нейроны действуют как кандидаты на выборах, каждый кричит и старается подавить своих товарищей.

Еще до эволюции центрального мозга, нервная система пользовалась простым вычислительным трюком: соревнование. Нейроны действуют как кандидаты на выборах, каждый кричит и старается подавить своих товарищей. В любой момент лишь несколько нейронов выигрывают это интенсивное соревнование, их сигналы возвышаются над шумом и воздействуют на поведение животного. Этот процесс называется избирательным усилением сигнала, и без него нервная система не может сделать почти ничего.

Мы можем лишь предполагать, когда избирательное усиление сигнала впервые эволюционировало путем сравнения различных видов животных — общий метод в эволюционной биологии. Гидра — небольшой родственник медузы, возможно, имеет самую простую из известных нервную систему — нервную сеть. Если вы где-нибудь ткнете гидру, это даст обобщенную реакцию. Она не демонстрирует никаких доказательств селективной обработки некоторых тычков и стратегического игнорирования других. Раскол между предками гидры и другими животными в соответствии с генетическим анализом, мог быть даже раньше, чем 700 миллионов лет назад. Избирательное усиление сигнала, вероятно, эволюционировало после этого.

Глаз членистоногих, с другой стороны, имеет один из наиболее изученных примеров избирательного усиления сигнала. Он обостряет сигналы, связанные с визуальными краями, и подавляет другие визуальные сигналы, генерируя контурный эскиз мира. Поэтому избирательное усиление вероятно эволюционировало в период между гидрами и членистоногими — между примерно 700 и 600 миллионами лет назад, близко к зарождению сложной, многоклеточной жизни. Избирательное усиление сигнала настолько примитивно, что даже не нуждается в центральном мозге. Глаз, сеть сенсорных датчиков на теле и слуховая система — каждая могут иметь свои собственные локальные версии внимания, сосредотачивающегося на нескольких избранных сигналах.

Следующим прогрессом эволюции был централизованный контроллер внимания, который мог бы координировать все органы чувств. У многих животных этим центральным контроллером является область мозга, называемая тектум («Тектум» в переводе с латыни — «крыша», и он часто покрывает верхнюю часть головного мозга). Он координирует нечто, называемое открытым вниманием — направление спутниковых тарелок глаз, ушей и носа в сторону чего-то важного.

У всех позвоночных (рыб, рептилий, птиц и млекопитающих) есть тектум. Даже у миног он есть, а они появились так рано в процессе эволюции, что не имеют даже нижней челюсти. Но, насколько известно, тектум отсутствует у всех беспозвоночных. Тот факт, что у позвоночных он есть, а у беспозвоночных его нет позволяет нам упоминать о его эволюции. Согласно ископаемым и генетическим доказательствам позвоночные животные эволюционировали около 520 миллионов лет назад. Тектум и центральный контроль внимания, вероятно, эволюционировали примерно в этот период во время так называемого Кембрийского взрыва, когда позвоночные были крошечными извивающимися существами, конкурирующими с обширным диапазоном беспозвоночных в море.

Даже если вы повернулись к объекту спиной, кора головного мозга по-прежнему может сосредотачивать на нем свои ресурсы обработки.

Тектум является прекрасным произведением инженерного искусства. Для того, чтобы эффективно контролировать голову и глаза, он создает нечто, называемое внутренней моделью — деталь, хорошо известная инженерам. Внутренняя модель представляет собой симуляцию, которая отслеживает все, что находится под контролем и позволяет прогнозировать и планировать. Внутренняя модель тектума представляет собой набор информации, закодированной в сложной структуре активности нейронов. Эта информация моделирует текущее положение глаз, головы и других основных частей тела, делает прогнозы относительно того, как эти части тела будут двигаться дальше и о последствия их движения. Например, если вы перемещаете ваши глаза вправо, визуальный мир предсказуемым образом должен сместиться поперек ваших сетчаток налево. Тектум сравнивает прогнозированные визуальные сигналы с фактическими визуальными данными, чтобы убедиться, что ваши движения осуществляются, как планировались. Эти вычисления чрезвычайно сложны, и тем не менее стоят тех затрат дополнительной энергии на благо управления движением. У рыб и земноводных тектум — это вершина изощренности и самая большая часть мозга. Лягушка сама по себе имеет довольно хорошую симуляцию.

С эволюцией рептилий около 350 и 300 миллионов лет назад начала появляться новая структура мозга — бледный шар. Птицы унаследовали форму шара от своих пресмыкающихся предков. Млекопитающие сделали также, но наша версия, сильно увеличившаяся в объеме, обычно называется корой головного мозга. Это, безусловно, самая большая конструкция в человеческом мозге. Иногда вы слышите как люди называют мозг рептилий неразумным, но это неправильно. Кора головного мозга имеет свое начало в бледном шаре и, вероятно, рептилии гораздо умнее, чем мы думаем.

Кора головного мозга — модернизированный тектум. У нас по-прежнему есть тектум, находящийся под корой головного мозга и выполняющий те же функции, что у рыб и амфибий. Если вы услышали внезапный звук или увидели движение уголком глаза, ваш тектум направляет ваш взгляд туда быстро и точно. Кора головного мозга также принимает сенсорные сигналы и координирует движение, но она имеет более гибкий репертуар. В зависимости от контекста, вы можете посмотреть в сторону, отвести взгляд, издать звук, станцевать или просто сохранить сенсорное событие в памяти, на случай если информация может быть полезной в будущем.

Самым важным различием между корой головного мозга и тектумом может быть то, такой вид внимания они контролируют. Тектум отвечает за открытое внимание, заостряя сенсорный аппарат на чем-то важном. Кора головного мозга имеет дело с тем, что называется скрытым вниманием. Вам не нужно непосредственно смотреть на что-то, чтобы тайно следить за этим. Даже если вы повернулись к объекту спиной, кора головного мозга по-прежнему может сосредотачивать на нем свои ресурсы обработки. Ученые иногда сравнивают скрытое внимание с прожектором (аналогия впервые была предложена генетиком Фрэнсисом Криком). Кора вашего головного мозга может переключить скрытое внимание от текста перед вами на ближайшего человека, на звуки в вашем дворе, на мысли или воспоминания. Скрытое внимание — это виртуальное движение глубокой обработки от одного элемента к другому.

Коре головного мозга необходимо контролировать виртуальное движение, и, следовательно, как и любой эффективный контроллер, она нуждается во внутренней модели. В отличие от тектума, который моделирует конкретные объекты такие, как глаза и голова, кора головного мозга должна моделировать нечто гораздо более абстрактное. Согласно теории сознания как схемы внимания она делает это путем построения схемы — постоянно обновляемого набора информации, который описывает то, что скрытое внимание делает момент за моментом, и каковы его последствия.

«Внутри меня есть что-то неосязаемое. Это не глазное яблоко или голова или рука. Оно существует без субстанции…»

Рассмотрим маловероятный мысленный эксперимент. Если бы вы могли каким-то образом подключить внешний механизм речи к крокодилу, и механизм речи получил бы доступ к информации, содержащейся в этой схеме внимания в бледном шаре крокодила, этот технологично-задействованный крокодил мог бы сообщить: «Внутри меня есть что-то неосязаемое. Это не глазное яблоко или голова или рука. Оно существует без субстанции. Это мое психическое обладание вещами. Оно движется вокруг от одного набора элементов к другому. Когда этот таинственный процесс во мне ухватывается за что-то, это позволяет мне понимать, запоминать и отвечать.»

Конечно крокодил был бы не прав. Скрытое внимание не неосязаемо. Оно имеет физическую основу, но физическая основа лежит в микроскопических деталях нейронов, синапсов и сигналов. Мозгу совсем не нужно знать эти детали. Тем не менее схема внимания стратегически расплывчата. Она изображает скрытое внимание физически несвязным образом как нематериальную сущность. И это, согласно теории, является источником сознания. Мы говорим, что у нас есть сознание, потому что глубоко в мозгу что-то довольно примитивное вычисляет это полумагическое самоописание. Увы крокодилы не могут по-настоящему разговаривать. Но в этой теории, они вероятно имели бы как минимум простую форму схемы внимания.

Когда я думаю об эволюции, я вспоминаю известную цитату Теодора Рузвельта: «Делай, что можешь, с тем, что имеешь, там, где ты есть.» Эволюция является мастером такого рода оппортунизма. Плавники становятся лапами. Жаберные дуги становятся челюстями. И собственная модель становится моделями других. В теории сознания как схемы внимания схема внимания впервые появилась в качестве модели собственного скрытого внимания. Но как только основной механизм был на месте, в соответствии с теорией в дальнейшем он был приспособлен для моделирования состояния сосредоточения внимания других с целью социального прогнозирования. Мозг стал не только приписывать сознание себе, но и начал приписывать сознание другим.

Если основная способность приписывать осознание другим присутствует у млекопитающих и птиц, то она может происходить от их общего предка — рептилий.

Когда психологи изучают социальное познание, они часто фокусируются на том, что называется теорией разума — способность понимать возможное содержание разума кого-нибудь другого. Некоторые из наиболее сложных примеров ограничены для человека и обезьян. Но эксперименты показывают, что собака может смотреть на другую собаку и задаваться вопросом: «Знает ли она меня?» Вороны также демонстрируют впечатляющую теорию разума. Если они прячут пищу, когда за ними наблюдает другая птица, они будут ждать ее отсутствия для того, чтобы спрятать тот же кусок пищи снова, как будто способны вычислить, что другая птица осведомлена об одном тайнике, но не знают о другом. Если основная способность приписывать осознание другим присутствует у млекопитающих и птиц, то она может происходить от их общего предка — рептилий. В эволюционной истории теории сознания как схемы внимания социальное познание начинает наращивать свое влияние вскоре после этой эволюции бледного шара рептилий. Крокодилы могут и не быть самыми социально сложными существами на земле, но они живут в крупных сообществах, заботятся о молодом поколении, и могут стать лояльными, если не самыми опасными питомцами.

Если теория сознания как схемы познания верна, 300 миллионов лет эволюции рептилий, птиц и млекопитающих позволили собственной модели и социальной модели развиваться в тандеме, каждая оказывала влияние на другую. Мы понимаем других людей, проецируя себя на них. Но мы также понимаем себя, учитывая то, как другие люди могут нас видеть. Данные из нашей собственной лаборатории позволяют предположить, что корковые сети в человеческом мозге, которые позволяют нам приписывать сознание другим, частично совпадают с сетями, которые формируют наше собственное чувство сознания.

Язык является, пожалуй, самым последним большим скачком в эволюции сознания. Никто не знает, когда человеческий язык впервые эволюционировал. Конечно, мы имели его около 70 тысяч лет назад, когда люди начали распространяться по всему миру, поскольку все рассредоточенные группы имели сложный язык. Отношения между языком и сознанием часто обсуждаются, но мы можем быть уверены, по крайней мере, в том, что как только мы разработали язык, мы cмогли говорить о сознании и сравнивать записи. Мы могли вслух сказать: «Я осознаю вещи. Как и она. Как и он. Как и та проклятая река, которая только что попыталась уничтожить мою деревню.»

Если ветер колышет траву, и вы решили, что это лев, никто не пострадал. Но если вы не в состоянии определить настоящего льва, вы были вырваны из генофонда.

Может быть отчасти из-за языка и культуры, люди имеют вспыльчивую тенденцию приписать сознание всему вокруг нас. Мы приписываем сознание персонажам в истории, марионеткам и куклам, штормам, рекам, пустоте, призракам и богам. Джастин Барретт назвал это «сверхактивным устройством для обнаружения целеустремленных агентов». Существует размышление, что лучше быть в безопасности, чем потом сожалеть. Если ветер колышет траву, и вы решили, что это лев, никто не пострадал. Но если вы не в состоянии определить настоящего льва, вы были вырваны из генофонда. Однако для меня «сверхактивное устройство для обнаружения целеустремленных агентов» выходит далеко за пределы обнаружения хищников. Это последствие нашей гиперсоциальной сущности. Эволюция задала амплитуду нашей тенденции моделировать других, теперь мы в высшей степени настроены на умственные состояния друг друга. Это дает нам адаптивное преимущество. Неизбежным побочным эффектом является обнаружение ложных срабатываний или призраков.

Итак эволюционная история подводит нас к настоящему времени, человеческому сознанию — тому, что мы приписываем себе и другим, и к богатому миру духов и богов в пустоте вокруг нас. Теория сознания как схемы внимания охватывает много областей от простой нервной системы до симулирования себя и других. Она обеспечивает общую структуру для понимания сознания, его многие адаптирующиеся привычки и его постепенное и непрерывное развитие.