как возникает мысль в мозге
Исследование: откуда берутся мысли?
Ученые из Массачусетского технологического института и Бостонского университета приоткрыли тайну рождения мыслей в нашей голове. Теперь ученые знают, как колебания электрической активности позволяют.
Ученые из Массачусетского технологического института и Бостонского университета приоткрыли тайну рождения мыслей в нашей голове. Теперь ученые знают, как колебания электрической активности позволяют мозгу формировать мысли и воспоминания.
Одна из самых больших загадок неврологии – это кодирование мыслей, восприятия, памяти, на клеточном уровне. Некоторые данные свидетельствуют о том, что каждый уникальный фрагмент информации записывают и воспроизводят конкретные ансамбли нейронов, однако до сих пор никто не знал, как эти ансамбли выглядят и образуются.
Новое исследование американских ученых проливает свет на то, как нейронные ансамбли позволяют нам мыслить. Ученые обнаружили определенные синхронизированные группы нейронов, которые кодируют специфические поведенческие правила.
Мозговые волны генерируются ритмическими колебаниями электрической активности нейронов. Когда животные реагировали на ориентацию объекта, определенные нейроны колебались на высоких частотах, которые производят так называемые бета-волны. Когда обезьяны реагировали на цвет, бета-волны начинали генерироваться уже другим нейронным ансамблем. При этом некоторые нейроны принадлежали к обоим ансамблям, но каждый ансамбль имел свои уникальные характеристики.
Интересно, что исследователи также обнаружили колебания в низкочастотном диапазоне альфа-волн. По мнению ученых, альфа-волны помогают подавить определенную активность мозга, например активность нейронов, которые отвечают за осмысление ориентации объекта и мешают осмыслению его цвета. Полученные результаты объясняют, как именно мозг создает любые соответствующие поведенческие реакции на бесчисленное количество комбинаций стимулов, правил и необходимых действий. Мозг мгновенно синхронизирует нейроны и активизирует соответствующие нейронные ансамбли. Число таких нейронных ансамблей огромно и сравнимо с количеством возможных комбинаций 10-значных телефонных номеров.
Открытие американских ученых дает возможность понять некоторые особенности работы нашего сознания. Например, основной характеристикой сознания является его ограниченные возможности – попросту говоря, одновременно можно обдумывать ничтожном малое количество мыслей. Теперь ясно, что это связанно с ограниченным количеством информации, которое может поместиться в одном колебательном цикле. Если этих колебания будут нарушены, могут возникнуть различные неврологические расстройства, такие как шизофрения.
В настоящее время исследователи пытаются выяснить, каким образом эти нейронные ансамбли координируют свою деятельность, и как мозг переключается между различными мыслями. Некоторые нейробиологи предполагают, что за этот процесс отвечают глубокие структуры мозга, такие как таламус. В общем, одна из самых больших тайн науки остается пока не разгаданной, но ученые близки к получению ответа на извечный вопрос: что именно контролирует наши мысли.
Где находятся мысли?
Нейрофизиологи попытались вживить в мышей человеческий разум. В результате у многих возникли вопросы: вот что у людей в голове? И чем вообще они думают?!
Поделиться:
(Часть первая)
Поводом для этой заметки — вернее, серии из двух заметок — стала удивительная работа нейрофизиологов из Университета Рочестера. Исследователи взяли кое-что из человеческого мозга и пересадили в мозг мыши. В результате мышь стала умнее. Само по себе уже неплохо. Но еще прикольнее то, что из человеческого мозга взяли совсем не то, чем, как традиционно полагали ученые, человек думает.
Впрочем, лучше рассказать историю с самого начала.
Когда всеблагие небеса благословят вас минутой досуга, посвятите ее размышлениям вот какого парадоксального свойства: с чего люди вообще решили, что их мысли находятся у них в голове? Разумеется, у всех, кто смотрит глазами и слушает ушами, складывается ощущение, что именно там — в тесном пространстве между оттопыренных ушей и позади вытаращенных глаз — происходит что-то важное. Так было бы, наверное, даже если бы информация от органов чувств сперва посылалась для обработки в копчик.
Конечно, ученые древности довольно рано задались вопросом, так ли это, и приводили множество аргументов, что пристанище разума находится именно в голове — а гнездилище чувств, кстати, в сердце, ну и как им после этого верить? Тем более что главное из доказательств в той или иной степени сводилось вот к чему: если шарахнуть человека по башке дубиной (или электрическим импульсом по префронтальной извилине), человек потеряет сознание (или, соответственно, не сможет пальцем потрогать собственный нос с первого попадания). Этого мало, позорно мало для статуса твердо установленной научной истины: ведь ровно таких же результатов можно достичь, если правильно подобрать силу и продолжительность битья мотоциклетной цепью по почкам.
Мы за последнее время привыкли, что вещи на самом деле вовсе не таковы, какими кажутся (ну хоть квантовую механику взять для примера). На этом фоне приятным сюрпризом оказался факт, что мысли — как, впрочем, и чувства — действительно находятся в мозгу.
Более того: к началу ХХ века стало более или менее ясно, что в этом деле важную роль «серое вещество», или, по выражению Эркюля Пуаро, «маленькие серые клеточки» — нейроны коры головного мозга. Именно их надо стимулировать электричеством, чтоб подопытный персонаж начал чувствовать, а иногда и вытворять, всякие смешные штуки. Примерно тогда же испанский ученый Рамон-и-Кахаль выдвинул «нейронную доктрину» (за что и получил Нобелевскую премию): согласно этой доктрине, вся обработка информации в мозгу и нервной системе происходит путем прохождения электрических сигналов между нейронами. Все эксперименты это подтверждали.
В это было несложно поверить: сети нейронов очень похожи то ли на электрические цепи (как раз к тому времени изобретенные), то ли даже на совокупность силиконовых чипов в компьютере (их изобрели чуть позже). И заметьте: из всего (о чем люди имеют хоть какое-то представление, как оно работает) именно компьютер ближе всего к тому, что мы называем «мышлением». Ну, например, он может посчитать, сколько будет 24+981 — кто еще в подлунном мире отличается подобной сообразительностью?
Откуда поверхностному и недалекому человеку сразу становится ясно: мозг — это такой компьютер, причем нейроны — такие транзисторы, а все остальное в голове — крепеж и вентиляторы. Вот просто становится это ему ясно, и хрен его переубедишь.
Некоторые пытались. Одна из самых прекрасных попыток принадлежит физику и математику Роджеру Пенроузу. В своих научно-популярных книгах, опубликованных на рубеже тысячелетий, он предложил очаровательное — на грани игры в наперсток — доказательство того, что определенные виды разумной деятельности в принципе никак не могут «быть алгоритмизированы» — то есть сколько не гоняй электричество от одного чипа к другому, ничего похожего на «мысль» или «понимание» не возникнет. С тех пор доказательство раз тридцать опровергли — так много раз потребовалось, потому что опровергались и сами опровержения. В общем, любопытная история.
Пенроуз полагал, что раз «понимание» не может основываться на вычислимом физическом процессе (а движение импульсов по нейронам, разумеется, легко моделируется компьютером), надо искать какой-то другой физический процесс, неалгоритмизируемый и невычислимый. Он предложил, что таким процессом может быть редукция волновой функции. Помните, мы тут как-то рассуждали о том, как свобода воли могла бы быть изысканно связана с квантовой механикой? Так вот, в квантовой механике таится не только свобода воли, а вообще то, что мы называем «сознательной личностью» — по мнению Пенроуза.
Далее, окончательно выйдя за пределы своей научной компетенции, знаменитый физик предположил, что эта самая «невычислимая» физическая активность — то есть особый вариант макроскопической квантовой суперпозиции с последующей редукцией — могла бы происходить в тубулиновых микротрубочках цитоскелета. И вот это уже ровно никакими данными не было подтверждено. Фантазер он, этот Пенроуз, хоть и крупный ученый.
Однако его гениально-завиральные идеи, равно как и накопление открытий нейрофизиологии, явно подталкивали человечество к пониманию простого факта: до сих пор мы и понятия не имеем, каким местом думаем.
Что происходит в мозге, когда рождается мысль?
Знаете ли вы, что у комаров нет мозга? Возможно, знание этого факта полностью удовлетворит тех, кого не устраивает комариное поведение во время теплого периода. Несмотря на отсутствие мозга, у насекомых имеется некое подобие мыслительного аппарата — скопление так называемых ганглий, которые регулируют поведение комара в зависимости от траектории летящего в него тапка. Однако если работа ганглий комара в настоящее время является полностью изученной, то работа нашего с вами мозга остается таинственным и малопонятным процессом. Так что же на самом деле происходит в мозге тогда, когда рождается мысль?
Несмотря на то, что в настоящее время строение головного мозга хорошо изучено, ученые до сих пор не могут точно объяснить механизмы его работы
Что такое мысль?
Вес среднестатистического мозга человека составляет приблизительно 1,5 килограмма. Иногда этот показатель варьируется в сторону как уменьшения, так и увеличения, однако не существует какой-либо взаимосвязи между интеллектуальными способностями человека и размерами его мозга. Вместе с тем, мозг, будучи одним из важнейших органов в организме любого существа (кроме, возможно, вышеупомянутых комаров), отвечает за создание мыслей, которые являются своеобразными триггерами к тому или иному действию всего индивида.
Согласно теории американских ученых, любая мысль представляет из себя некие специфические колебания, которые формируются благодаря наличию определенных воспоминаний и реакций нашего тела. Иными словами, мысли человека являются своеобразными схемами электрических разрядов, которые возникают благодаря работе нейронов головного мозга.
Как появляется мысль?
Загадка о том, как именно появляются мысли, будоражит умы ученых на протяжении тысячелетий. Несмотря на этот факт, с наступлением XXI века мы едва ли приблизились к разгадке этой древней тайны. Внутренний мир человека, состоящий из огромной палитры чувств, переживаний и эмоций, попросту не поддается какому-либо исследованию ввиду того, что его нельзя ни потрогать, ни измерить, ни увидеть. Именно по причине того, что мы не знаем точный механизм работы мозга, робототехника не может создать роботов, способных самостоятельно мыслить.
Возможно ли, что мозг является всего лишь приемником и передатчиком информации?
Несмотря на этот печальный факт, кое-что ученые все-таки смогли выяснить. Так, достоверно известно, что мозг обладает собственной операционной системой. Звучит невероятно, однако именно наличие природной ОС делает наш мозг несколько схожим с Тьюринговской машиной. В отличии от Windows, операционная система мозга представляет из себя синтез мотивационных и сенсорных сигналов, которые работают в одном общем пространстве — месте, где принимаются те или иные решения.
Машина Тьюринга — первый прототип современных компьютеров
Так, благодаря наличию операционной системы, наш мозг может работать в многозадачном режиме. Мы можем быть в машине за рулем и при этом думать о совершенно абстрактных вещах, однако в случае опасности или переходящего дорогу пешехода, мозг автоматически переключает нас в режим реального мира.
Механизм создания мысли невероятно сложен, однако раскрытие его тайны может помочь при создании самостоятельно мыслящих роботов
Помимо наличия ОС, головной мозг человека способен удивить невероятной способностью к преобразованию той или иной информации, которую он способен воспринять через призму личного опыта и воспоминаний. В момент образования связей, несущих в себе ту или иную информацию, полученную извне, между клетками передаются химические вещества, соединяющие нейроны в ту или иную систему. К примеру, если вы посмотрите на лежащий на вашем столе предмет, нейроны вашего мозга на короткое время образуют образ, анализируемый вашей головой всего лишь в течение нескольких миллисекунд. Спустя мгновение, полученная информация автоматически обновляется, создавая непрерывную картинку.
Как вы считаете, может ли человек однажды воссоздать аналог мозга? К каким последствиям это может привести? Давайте поразмышляем об этом вместе в нашем Telegram-чате.
Огромное количество воспринимаемых мозгом сигналов попросту не доходит до нашего сознания, а просто фильтруется за ненадобностью. Известно, что во время процесса осознания того или иного объекта, нейроны коры головного мозга активируются в значительно большем количестве, чем во время неосознанной обработки информации. Кроме того, наше восприятие реальности сильно отстает от действительности ввиду необходимости раскодирования мозгом полученной информации. Кстати говоря, вышеуказанный факт вы можете проверить самостоятельно путем написания посторонним человеком какого-либо слова или просто демонстрации вам незнакомой фотографии. Вы увидите, что вашему мозгу потребуется несколько мгновений для того, чтобы воспринять осознанно предоставленную вам информацию.
То, откуда именно появляется мысль, все еще остается загадкой, требующей продолжительных исследований. Мы до сих пор точно не знаем, что же именно вызывает мысль и делает нас разумными. Возможно, однажды человечество сможет раскрыть тайну работы мозга. Ответ на эту загадку сможет полностью изменить мировоззрение человека и поможет ему понять свою роль во Вселенной как вида.
О происхождении простых мыслей
Ученые узнали кое-что новое о том, чем думают круглые черви и некоторые представители человечества
Поделиться:
Откуда вообще у людей берутся мысли — одна из самых жгучих тайн современной науки. Некоторые (как, например, уважаемый Алексей Буров) вообще считают, что загадка эта неразрешима в рамках материализма. Как получилось, что слизистое черт-знает-что на одной из планет одной из галактик что-то там валяет у себя в голове — и в результате понимает, как устроена Вселенная? И Вселенная как бы подмигивает в ответ, оказываясь устроенной именно так, как оно себе подумало? «Проблема теоретизируемости» — так это называют в их кругах.
В чем тут тайна, я попробую на пальцах объяснить в последующих абзацах, набранных курсивом: если вам не интересна метафизика, можете эти абзацы пропустить без ущерба для нашей истории.
Был такой замечательный английский писатель Клайв Льюис, известный многим как автор сказок про Нарнию. Начитавшись трудов св. Фомы Аквинского, он изложил загадку мышления следующим образом. Мысли, как все несомненно согласятся, возникают в материальном мозгу и связаны с материальными причинами. Увидел закат — подумал о смерти. Получил кувалдой по башке — вся жизнь пронеслась перед глазами. Получил задачку «Сколько будет 2 х 2?» — прошли какие-то химические реакции в ваших нейронах, и вы выдали ответ: «4!»
С другой стороны, мысли (в большей или меньшей степени) являются продуктом логических рассуждений. То есть после удара кувалдой по затылку никаких рассуждений нет, чистая физиология, а вот 2 х 2 = 4 — тут уже важно то, что этот ответ «правильный», то есть логически согласуется со всей арифметикой. Получается, что ваш ответ «4» имеет сразу две цепочки причин: материальных (реакции в ваших нейронах) и рациональных (правила арифметики).
Если вы задумаетесь об этом, то сразу поймете, что так не бывает: не может быть у одного события двух разных, не связанных между собой причин. Просто потому, что эти причины совершенно не обязаны согласовываться друг с другом, раз уж они «несвязанные». Более того, в быту люди частенько неявно исходят из того, что если у мысли есть материальная причина, то эту мысль уже нельзя считать вполне разумной. «Он так рассуждает, потому что он еврей!» — материальная причина сразу ставит под сомнение достоверность логических выкладок. «Ты вчера решил, что я инопланетянин, потому что выпил 900 граммов водки» — тут наличие материального графина «Зимней дороги» и вовсе исключает необходимость восстанавливать логический ход мысли собеседника.
Тем не менее, когда мысль оказывается чуть более сложной, а ее материальные причины не сразу видны, мы как-то миримся с этим парадоксом. Вроде человек разумный, не пьяный, и предложенное им решение уравнения Шредингера для атома водорода вроде бы верное (то есть и в моей голове оно тоже кажется верным) — так не все ли равно, что у этого решения есть такие же химические причины в коре мозга, как и у нелепого пьяного вывода насчет моего инопланетного происхождения?
Нет, дорогие мои, не все равно: со времен Фомы Аквината философы не выдвинули разумного разрешения этого парадокса, не привлекающего «метафизические» категории, а биологи, увы, нисколько не продвинулись в объяснении того, почему же нашим мыслям — рожденным малопонятными химическими реакциями в особых клетках — все же иногда можно доверять. И тут есть два варианта: либо вслед за Алексеем Буровым и его соратниками допустить, что есть в мире вещи, не подчиняющиеся физической причинности, либо, вслед за основной массой ученых-материалистов, смиренно надеяться, что рано или поздно эта загадка решится каким-то неожиданным образом, как раньше уже решилась загадка эволюции или загадка массы слабых калибровочных бозонов.
Если вы решились идти по первому пути, вам естественно придавать особое значение самым сложным мыслям: о законах Вселенной, о природе математической логики и т. п. Разумеется, этот путь приведет вас к благоговейному удивлению перед тайной мышления и мудростью Создателя. Но больше, увы, никуда. Если же вы придерживаетесь тактики «потихоньку во всем разберемся», то, напротив, естественно начать с мыслей попроще. Желательно таких, у которых особых рациональных причин вообще нет, а есть главным образом химические, материальные. Этим путем и идет, с переменным успехом, современная нейробиология.
Итак, чтобы разобраться в природе мыслей вообще, лучше начать с мыслей попроще. Две научных публикации последней недели как раз и трактуют проблему под этим углом. Одна из этих работ — о круглых червях, другая — о людях, но в чем-то они перекликаются между собой. А именно в том, что мысли, о которых идет речь, безобразно просты.
Мысли червей
Круглый червяк C. elegans (читается «Си-элеганс») называется «элеганс» потому, что он изящный, то есть маленький. Биологи очень любят изучать этого червяка. Причина как раз в его малости. С одной стороны, тут есть сложность, потому что его почти не видно невооруженным глазом. С другой стороны, вы наверняка знаете (а если нет, то вот сейчас узнаете), что клетки всех животных — от тли до кашалота — одинакового размера, просто у кашалота клеток больше. У «си-элеганса» клеток совсем мало. Более того, все эти клетки ученые уже знают наперечет, они сосчитаны, названы по имени, и их родословные от оплодотворенной яйцеклетки досконально известны.
В том числе, естественно, пересчитаны и все клетки нервной системы червя. У него, кстати, точно такие же нейроны, как и у нас с вами, просто их гораздо меньше. Нейроны вообще работают практически одинаково у всего царства многоклеточных животных. То есть если где-то когда-то зародилось чудо интеллекта, корни надо искать там, у самых примитивных образцов жизни. Хоть они и не «думают» в точном смысле слова, но все нужные механизмы у них уже есть.
Наши черви бывают двух сортов: самцы и гермафродиты (то есть самки, которые при необходимости могут оплодотворить себя сами). У гермафродита 302 нейрона, у самца 380 с лишним — так мракобесная идея о превосходстве мужского пола получает лапидарное подтверждение на самом примитивном уровне развития жизни.
Ну так вот, на днях ученых, изучающих этого круглого червяка, ждал большой сюрприз. Они обнаружили у червяка-мужчины еще два нейрона недалеко от носа, о которых раньше и не подозревали. Причину этой оплошности можно понять: оказалось, что эти нейроны развиваются позже, уже при достижении червяком социальной и половой зрелости.
Зачем им эти нейроны? Вот они-то, как выяснилось, отвечают за те самые «простые мысли». Дело в том, что у червяка отлично развиты органы вкуса: он ориентируется в среде в основном по химическим сигналам. В частности, червяк терпеть не может подсоленную воду, старается ее избегать. Однако взрослый самец все же решается плыть в сторону увеличения солености, если именно там находится половой партнер (то есть готовый к спариванию гермафродит, выделяющий соответствующий химический сигнал). То есть он решает дилемму «секс или сытая спокойная жизнь?» в пользу секса.
А вот если удалить два пресловутых новых нейрона, эта авантюрная черта характера у червяка пропадает. То есть со спариванием у него по-прежнему все нормально, и единственное, на что он больше не способен, — это твердо сказать «да» сексу, невзирая на последствия (в данном случае — в виде неприятного купания в соленой воде). Между сексом и комфортом он выбирает комфорт.
Если никто из уважаемых читателей мужского пола никогда не решал подобную дилемму и не делал подобного выбора, вам не понять, насколько такие решения могут разбивать сердце и определять судьбу. Всем же прочим должно быть ясно, сколь масштабно открытие биологов, о котором мы толкуем. Такая буря чувств и лихорадочных логических выкладок (если смотреть изнутри вашей психики) — а внутри у ней, как говорится, неонка, точнее два нейрона где-то там в носу. Это учит нас тому, что простые мысли, возможно, гораздо проще, чем мы о них думали. Не исключено, что и сложные мысли тоже окажутся вполне постижимы.
Мысли людей
С людьми все сложнее, чем с червями, по двум причинам. Во-первых, никто не разрешит исследователям удалять части человеческого мозга — пусть даже всего пару нейронов — ради научного любопытства. Во-вторых, нейронов у людей куда больше, чем у червяков, и область их специализации очерчена весьма зыбко. Вот, в частности, известно, что медиальная префронтальная кора (это, грубо говоря, посередине лба) оценивает внешние угрозы и отдает сигнал, если в ответ надо что-то предпринять.
А что такое «угрозы»? Дерево падает — угроза! — надо отскочить. Это простой пример. Но бывает и посложнее. Примерами посложнее как раз и занялись исследователи из Калифорнии. Они взяли испытуемых добровольцев-студентов и разделили на две группы. У одной половины добровольцев медиальную префронтальную кору (МПФК) подвергали легкому воздействию магнитного поля (это известный терапевтический метод, так теперь даже лечат депрессию). Это был контроль. А в другой половине магнитный импульс был пожестче, так что эта часть мозга временно инактивировалась. Часть мозга, напомним, распознающая угрозы.
В другом опыте угроза была другая: добрым американским парням и девчатам прочли письмо иммигранта домой, в котором эта неблагодарная скотина очень нелестно отзывалась об Америке. Затем опять же последовали вопросы — на этот раз о миграционной политике. Контрольная группа в меру разозлилась на мерзавца-мигранта и высказывала разумные идеи по ограничению миграции вообще, ибо размывают, подлецы, изнутри нашу сплоченную нацию. А вот те, которым хорошенько шарахнули магнитным полем по МПФК, вообще утратили бдительность и скатились в разнузданную толерантность. Мол, пусть приезжают, работают, обустраиваются и пишут домой что хотят, нам-то что за дело.
Итак, простое воздействие на мозг (по своей тонкости и специфичности сравнимое с ударом молотка) оказалось способно воздействовать на мысли, притом на ту их интимную часть, которую принято называть «убеждениями». Убеждения — это от слова «убеждать»: предполагается наличие большой внутренней работы, сложных цепочек логических выводов, столкновения аргументов и контраргументов. А вот и нет: простой магнитный импульс позволяет легко переключить эти самые «убеждения», превратив закоренелого консерватора-ксенофоба в расхлябанного либерала и даже, прости Господи, мультикультуралиста.
Мораль тут, видимо, такая: сложность наших мыслей не надо переоценивать. Если хотите считать их чудом Божиим — это ваше право, но вознесите отдельную хвалу Творцу за то, сколь восхитительно простыми средствами Он этого чуда достиг. А если у вас что-то врожденное в медиальной префронтальной коре, и концепции «чуда» и «Творца» вас не трогают, просто отметьте себе, что ученые, возможно, когда-нибудь разберутся, каким образом мы думаем. И почему из этих мыслей нет-нет да и возникнет что-нибудь путное, помимо идеи ужесточения миграционной политики.
С популярным пересказом этих научных работ вы можете ознакомиться здесь и здесь.