Тэги
В наши дни стремительно развиваются нейронауки. Ученым открылись тайны человеческого мозга и сознания. Но очень многое еще в этой области остается загадкой для специалистов. К тому же бурный рост нейроисследований ставит перед наукой и обществом новые вопросы — философские и этические. Эта актуальная тема находит отражение и в научно-популярной литературе, создаваемой экспертами разных направлений — от врачей до создателей искусственного интеллекта.
С чего начинать знакомство с вопросами сознания и деятельности мозга? Хорошим подспорьем может стать книга видного американского психолога, нейробиолога и автора ряда научно-популярных бестселлеров Майкла Газзаниги «Сознание как инстинкт».
Ее первая часть — фактически экскурс в историю науки о мозге. Здесь автор показывает, как природа стала «неким абстрактным, существующим помимо нас объектом для изучения и беспристрастного толкования». Так, у древних философов точной концепции сознания не существовало. Первыми в мире нейробиологами были врачи из Александрии Герофил и Эрасистрат. В 322 году до н. э. они, нарушив табу на анатомирование, начали исследовать человеческое тело. Александрийцы, в частности, открыли существование нервной системы и обследовали мозг.
Их труды внимательно изучал через четыре века Клавдий Гален. Это был выдающийся медик своего времени, личный лекарь императора Марка Аврелия. Гален впервые описал человеческое сердце, уточнил знания о кровеносной, дыхательной и нервной системах. Он первым понял, что разные органы (в том числе мозг) выполняют разные функции. Как замечает Газзанига, в трудах Галена «уже прослеживаются зародыши современных теорий о соотношении сознании и подсознании, рационального и интуитивного».
Идеи Галена развил в эпоху Возрождения Андреас Везалий, анатом из университета Падуи. Он первым стал вскрывать мозг, пока еще довольно примитивными инструментами. Везалий создал собственные трактаты по анатомии — великолепные иллюстрации к ним выполнили художники из мастерской Тициана.
В середине ХVII столетия философ и математик Рене Декарт заявил, что физический мир состоит из частиц и работает, как машина. Он впервые употребил слово «сознание» в научном контексте. Гипотезы Декарта послужили стимулом для многих ярких и пытливых умов Европы. В дискуссиях о проблеме сознания участвовали Лейбниц, Кант, Гоббс. Анатом и медик Уильям Петти работая в Оксфорде, вскрывал тела казненных преступников. Благодаря его изысканиям в Англии «начала вырисовываться новая область науки». Несколько позже медики Томас Уиллис и Кристофер Рен (последний также знаменит как архитектор) на основе своих опытов написали первую в мире книгу об анатомии мозга.
Но через сто лет философ Дэвид Юм посчитал, что надо отказаться от словесных спекуляций и чаще проводить естественнонаучные эксперименты. Тем самым «он внес в путаницу с разумом и мозгом некоторую практическую ясность», пишет Газзанига. Это было уже преддверие современных нейроконцепций. Однако в ХVIII веке подобное заявление выглядело как подрыв всех устоев.
Свое веское слово по этой теме сказали и немецкие ученые. В начале ХIХ века Шопенгауэр заявил, что нами управляют бессознательные побуждения и стремления, а воля наполняет сознание желаниями и страстями. Важные выводы о зрительной системе мозга сделал в середине того же века врач, физиолог и философ Герман фон Гельмгольц. Настала эпоха физических и химических объяснений процессов в мозге и сознании. Мистику вытесняли на обочину, проводя инструментальные научные эксперименты. В 1874 году молодой профессор физиологии Вильгельм Вундт сформулировал принципы новой дисциплины — физиологической психологии. Через 5 лет он открыл в Лейпцигском университете первую в мире психологическую лабораторию.
В конце ХIХ века наступило время Фрейда и его теории о бессознательном. Ее он строил на наблюдениях за пациентами в клиниках. Венский ученый считал, что подсознание влияет почти на все наши мысли, чувства, побуждения, поведение и восприятие.
Но еще до Фрейда в Англии появилась теория Дарвина. Рассмотрев множество примеров тесной связи физиологии и психики, свойственной как людям, так и животным, он «встроил наш мозг в бесконечный эволюционный процесс». Все природные процессы англичанин был склонен объяснять естественным отбором.
В конце ХIХ — первой половине ХХ веков на научной арене громко заявили о себе американцы и канадцы. Психолог Дональд Хебб «отважно заглянул в черный ящик мозга». Вскоре выяснилось, что его гипотеза представляет интерес для программистов и создателей искусственных нейронных сетей.
В 50−60-е годы (когда автор книги начал свою научную карьеру) появилась молодая когорта исследователей мозга и психики. Они заложили основы когнитивной психологии, вели новаторские работы по расщеплению мозга. Разработки ряда ученых в ту пору вдохновлялись теорией информации, где заметное место уделялось мозгу как прототипу ЭВМ.
В конце ХХ — начале ХХI века, отмечает автор, появлялись ученые, способные «вытолкнуть науку о сознании за границы устоявшихся классических воззрений». Стали возникать нейробиологические модели, включавшие в себя вычислительные, информационные и нейродинамические элементы. Они предлагали новые объяснения связей между нейронной активностью и сознанием. Но до сих пор ни одна концепция не дает исчерпывающего объяснения всем аспектам сознания.
Автор книги анализирует некоторые современные представления о функционировании мозга, а также пытается ответить на важнейшие в теме соотношения психики и мозга вопросы: как нейроны приводят разум в действие? каким образом маленькие сгустки материи наделяют нас психикой?.. «Оказывается, в наших представлениях о физическом мире есть пробелы», признает ученый, отстаивающий идею, что наше сознание есть особого рода инстинкт.
От правого до левого полушария
Мозг и сознание исследуют представители разных наук. У каждого специалиста — свой ракурс. Но появляются и междисциплинарные исследования. Одна из известнейших работ этого типа — книга российского ученого Татьяны Черниговской «Чеширская улыбка кота Шрёдингера. Мозг, язык и сознание». В сфере профессиональных интересов автора книги — лингвистика и сенсорная физиология, психология и философия, семиотика и теория искусственного интеллекта… Кроме того, Татьяна Черниговская много занимается нейронауками и когнитивными исследованиями. «Исходная гипотеза — язык как интерфейс между мозгом, сознанием и миром — отражает мой взгляд на эволюцию и природу вербального языка и других высших функций», отмечает она во введении к книге. Среди множества ее сюжетов — мозг человека и породивший его язык, зависимость поведения и способностей человека от характеристик его мозга, попытки ученых разных веков приблизиться к разгадке тайны сознания, специализация полушарий мозга в восприятии интонаций русского языка.
Название книги восходит к известному в науке эксперименту Эрвина Шрёдингера — одного из создателей квантовой механики, лауреата Нобелевской премии по физике 1933 года. Парадокс кота Шрёдингера состоит в том, что неопределенность на атомном уровне способна привести к неопределенности в макроскопическом масштабе (живой или мертвый кот находится в закрытом ящике?). «Вопрос в том, когда система перестает существовать как смешение двух состояний и выбирается какое-то одно», отмечает автор книги.
Парадокс знаменитого физика может быть адаптирован для описаний и исследований в том числе и такой сверхсложной системы, как человеческий мозг. В этой области многое многозначно и неопределенно. Такие системы «мерцают, трансформируются, обманывают и чуть ли не исчезают», пишет Татьяна Черниговская. Как лингвист, она приводит в пример язык — многомерное, подвижное и динамичное явление: «Улыбка Чеширского кота служит тому хорошей метафорой: смыслы словам приписываются конвенционально, могут и исчезать, видоизменяться или до поры вообще не иметь подходящих обозначений. Такая неопределенность и даже зыбкость наименований вполне близка и Кэрроллу, и творцам квантовой теории».
Если ХХ век был веком физики, то ХХI-й называют веком нейробиологии, напоминает Татьяна Черниговская. Знания о мозге крайне важны сейчас, ведь этот орган порождает сознание, обеспечивает наше представление о мире, а также определяет наше поведение. Кроме того, он связан с био-, социо- и ноосферой. Вот уж воистину, мозг — всему голова. Возможности нейронаук неуклонно расширяются — тут и возможность вычислять опасных для общества людей, и конструировать искусственный интеллект. Постоянно расширяются возможности нейросетей, которые, говорят, в определенных профессиях вот-вот вытеснят живых людей. На этом фоне возникла новая дисциплина — нейроэтика. «Конечно, остановить науку невозможно, но стоит помнить, что чем глубже мы погружаемся в океан знаний о мире, тем опаснее становится это путешествие», напоминает исследовательница.
Центр человеческой вселенной
Книга нейробиолога Мигеля Николелиса «Истинный творец всего» совместила в себе отражение обширного практического опыта автора и его теоретические размышления о природе и предназначении мозга. Один из результатов работы ученого, между прочим, знаком всем, кто смотрел в 2014 году церемонию открытия 20-го чемпионата мира по футболу в Бразилии. Символический первый удар по мячу в тот день сделал Джулиано Пинто — молодой человек, который до этого десять лет был прикован к инвалидному креслу. Он встал на ноги благодаря роботизированому экзоскелету, подлинному чуду технологий, разработанному Николелисом и его коллегами по проекту «Снова ходить». В проекте участвовали десятки инженеров, нейробиологов, робототехников, программистов, врачей, специалистов по реабилитации и техников разного профиля из 25 стран.
Книга Николелиса рассказывает о том, как работает человеческий мозг — «Истинный творец всего», по определению автора. Мозг занимает центральное место в «космологии человеческой вселенной», то есть в гигантской совокупности знаний, мифов, научных теорий, культурных традиций, религиозных представлений, искусства, технологий… Свою собственную систему Николелис называет релятивистской теорией мозга. Не ограничиваясь исследованиями мозга, бразильский ученый задействовал в книге и те области знания, в которые нейробиологи редко забредают, — философию, археологию, палеонтологию, историю вычислительной техники, квантовую механику, лингвистику, математику, робототехнику и космологию. Ключевым же стимулом для создания этого труда послужила книга выдающегося ученого ХХ века Эрнста Гомбриха «История искусства». Каким образом она связана с нейронауками? Этот искусствовед старой школы, считает Николелис, понимал, что без человеческого мозга «не было бы и искусства, поскольку все проявления артистизма являются побочным продуктом пытливого и беспокойного человеческого разума».
При чтении книги поражает широта научных интересов автора — он цитирует и комментирует работы химика Ильи Пригожина и математика Клода Шеннона, физика Эрвина Шрёдингера и археолога Стивена Митена, биолога Джозефа Генриха и логика Курта Гёделя, а также ряда нейрофизиологов и нейробиологов. Исследователь признается, что его любимая тема для размышлений, в одиночку и с коллегами, — цепочка событий, в результате которых несколько миллиардов лет назад на Земле возникла и эволюционирует жизнь.
Как важно быть оптимистом
Мозг — интересный объект для научных исследований, в том числе медицинских. Ведь эта важнейшая «деталь» человеческого организма подчас даёт сбои, она нуждается в профилактике, ремонте, перенастройке… Кристен Виллемайер изучала биологию, эндокринологию, физиологию и генетику (всё с приставкой «нейро»), затем в одной из крупных американских клиник занималась выявлением и лечением мозговых нарушений у детей и взрослых. Еще одна специализация доктора Виллемайер — нейродегенеративные заболевания и психические расстройства. В книге «Нейрохакинг» она рассказывает о системе активации и обновления мозга, о способах «взломать» его код для улучшения когнитивного здоровья.
Многие думают, что забывчивость, туман в голове, плохая концентрация, тревога и депрессия вызываются физическими причинами, но зачастую корень этих проблем лежит в мозге. Разработанная автором книги программа позволяет улучшить память, логическое или образное мышление, предотвратить возрастные болезни мозга, преодолеть негативные мысли и стресс. Метод доктора Виллемайер включает коррекцию образа жизни и питания, физическую активность и эффективное использование интеллектуальных игр.
Прежде чем взламывать мозг, надо хорошенько изучить его структуру, физические особенности и принципы работы, то есть пройти краткий курс нейробиологии. Мозг — не абстрактная структура внутри головы. Это самый важный орган, необходимый нам в физических, умственных и прочих операциях, напоминает Кристен Виллемайер. Он контролирует всё, что мы делаем — и сознательные, и бессознательные действия, направляет разум, формирует интеллект и личность. Мозг — самый сложный орган тела и самый сложный объект в известной нам Вселенной. В нем около 100 миллиардов клеток — нейронов, каждый из которых может формировать тысячи связей с другими нейронами. Так возникает «невероятный лабиринт сложных клеток, каналов и сигналов». Если провести аналогию с автомобилем — надо выполнять регулярный «техосмотр» мозга, чтобы до преклонных лет сохранять ясный ум, концентрацию, хорошую память, способность анализировать информацию и генерировать идеи. Каждый человек может усовершенствовать свой мозг, уверена автор книги.
Занимаясь лечением мозга, исследовательница однажды переквалифицировалась в фитнес-эксперта: создала множество планов питания, программу похудения. И выяснила, что выбор продуктов питания и в целом образ жизни могут положительно повлиять на здоровье мозга.
Большую роль в этом деле играет и спорт. Бег и другие физические упражнения увеличивают приток крови к мозгу, пишет Виллемайер. Кстати, многое автору и его коллегам дала работа в клинике с бывшими игроками в американский футбол (игра, изобилующая столкновениями и травмами головы). Годы активной карьеры у них не проходят бесследно для мозга. Но через полгода участия в программе реабилитации у многих экс-спортсменов начались улучшения когнитивных функций.
Свой мозг, убеждена автор книги, можно изменить даже за 10 минут. Что для этого нужно? Попробовать написать короткий текст «неглавной» рукой. Выучить дюжину новых слов. Провести четверть часа в комнате, где нет телефона и телевизора. Совершить энергичную прогулку, хотя бы по офису.
Для активизации работы мозга доктор Виллемайер рекомендует также нормализовать питьевой режим, бороться со стрессами, музицировать, читать трудные тексты, играть в развивающие игры (когнитивные тренировки укрепляют нейронные связи и позволяют продлевать «познавательный резерв»). Кроме того, для здоровья важно быть оптимистом: обилие негативных мыслей может приводить к преждевременному старению клеток.
Экскурсия по операционной
Если в мозге развилась какая-нибудь болезнь или возникла опухоль, время терять нельзя — надо делать операцию. Этим занимаются нейрохирурги при поддержке медиков других специализаций. Светлана Лаврова — нейрофизиолог, врач высшей категории, кандидат медицинских наук, много лет работает в больнице. Кстати, пишет она не только монографии и статьи на медицинские темы, но и прозу для детей. Наверное, именно поэтому в ее книге «Операционная для мозга» много цитат из художественной литературы и философских трудов разных стран и эпох. Сложным медицинским явлениям Светлана Лаврова подыскивает параллели из истории, поэзии, прозы, фольклора. Свою книгу она советует читать прямо сейчас — ведь в нейрохирургии всё меняется очень быстро, и как знать, вдруг через два-три года ее работа утратит актуальность.
Автор книги ведет читателя на «экскурсию» в нейрохирургическую операционную российской областной больницы и знакомит с работой специалистов этого профиля. Здесь мелочей не бывает. Так, на входе в отделение лежит многослойный коврик с антибактериальным покрытием (ноги прилипают) для удаления пыли и грязи с подошв обуви врачей и медсестер, с колес каталок. «Принцип тот же, что и при ловле мух липкой бумагой», отмечает автор.
Операционный стол — сложный агрегат, сравнимый по цене с двухкомнатной квартирой. Он позволяет придать пациенту практически любое положение — лежа, сидя, на боку. Тут же подставка для рук хирурга — чтобы не уставали на весу, не дрожали. Ведь иные операции продолжаются 15 и даже 18 часов.
Светлана Лаврова предлагает также заглянуть в историю нейрохирургии. Например, наркоз знали еще древние египтяне 3500 лет назад. В качестве препарата тогда использовалась мандрагора, иногда ее смешивали с опием, беленой и болиголовом. В еще более отдаленные времена (свыше 10 тысяч лет назад) люди уже умели делать трепанацию — ручным сверлом просверливали дырку в черепе, чтобы нормализовать давление внутричерепной жидкости. Это называлось — шаман выгнал злого духа, вызывавшего головные боли. По найденным археологами останкам можно достоверно судить о подобных операциях. Причем выживаемость среди пациентов была очень высокой. Трепанацию проводили на открытом воздухе, стерилизатором служило кокосовое молоко из свежего ореха.
В Средние века в Европе считалось, что безумие вызывают наросты на мозге — «камни глупости». Их удалением занимались хирурги и цирюльники (на одной из картин Иеронима Босха изображен такой процесс). В наши дни трепанацию делают при помощи краниотома — дрели, имеющей скорость 50−80 тысяч оборотов в минуту.
Прообраз капельницы применял еще Гиппократ, а много веков спустя, в 1832 году, этот инструмент усовершенствовал английский врач Томас Латта в ходе борьбы с холерой. Официальная дата рождения инфузионной терапии — 1881 год. Правда, из-за проблем со стерильностью капельницы стали широко распространяться только в середине ХХ века.
В 1897 была изобретена марлевая хирургическая маска — после участившихся случаев смерти пациента из-за бактерий, вылетевших изо рта медика. А в первой половине ХХ века был изобретен аппарат УЗИ — для рассказа об этом Светлана Лаврова делает экскурс в область радио- и электротехники. Без ультразвука и МРТ современную нейрохирургию невозможно представить.
Как и без интраоперационного нейрофизиологического мониторинга (это когда врач-нейрофизиолог при помощи приборов следит, чтобы хирург в ходе операции не задел чего-либо жизненно важного). Операция на мозге в наши дни — это высокотехнологичное, интеллектуальное мероприятие, в котором участвуют медики разных специальностей, и успех дела зависит от их профессионализма и согласованности. И все-таки автор книги надеется, что никто из ее читателей не окажется пациентом нейрохирургического отделения.
Неисчерпаемость разума
Проблемы мозга и сознания периодически затрагиваются на Рождественских лекциях в Королевском институте Великобритании (их учредил почти 200 лет назад великий физик, «крестный отец электричества» Майкл Фарадей). С этой авторитетной трибуны выступали ученые разных специальностей, в том числе нейробиологи, психологи, эксперты по роботизации. Для своей книги «10 прогулок по человеческому разуму» научный журналист Кэтрин де Ланж проштудировала материалы десяти лекций 1926−2017 годов. Определенную трудность представляла работа с циклами начала и середины ХХ века, когда еще не велась полная запись лекций. Их материал приходилось восстанавливать по старым книгам, заметкам и фотографиям. В сборнике приведены также отзывы репортеров, в которых оживает атмосфера научных открытий прежних времен.
На этих лекциях зрители под руководством ученых часто и сами участвуют в демонстрации экспериментов. Порой для публичных опытов привлекают животных, птиц, рептилий. Благодаря этим популяризаторским эффектам Рождественские лекции подчас превращаются в научные шоу с элементами чудес.
Так, физиолог и биохимик Арчибальд Вивиан Хилл в лекциях 1926 года с участием его сына и дочери показал обмен сложными сигналами между мозгом, нервной системой и мышцами. Ученый также продемонстрировал работу струнного гальванометра — прибора, умеющего разгадывать тайные мысли. Как подчеркивает автор книги, Хилл опередил свое время, выявив связь между сердцем и сознанием: «Два нерва ведут сложный танец, контролируя скорость сердцебиения».
Еще один лондонский профессор, специалист по физиологии глаза Гамильтон Хартридж на лекции 1946 года устроил зрелищное представление. Он показал, как глаза превращают физические свойства света в информацию, которую мозг использует для воссоздания цветного окружающего мира в нашем восприятии.
А вот психолог Фредерик Бартлетт в 1948 году предложил разговор о загадках зрительного восприятия (визуальные иллюзии), доказывающих, что нельзя в полной мере полагаться на мозг. Его эксперименты призваны были ответить на ряд вопросов: хороша ли наша память? что она запоминает в первую, а что во вторую очередь? где в мозге хранятся воспоминания?.. Британского ученого особенно интересовали феномен интеллекта и работа разума.
Физик и биолог, один из основоположников биоинженерии Хайнц Вольф в 1975 году «вошел в аудиторию с проводами, торчащими из рукавов», и затем продемонстрировал электрическую активность его мышц, получавших сигналы от мозга. Позже эту методику стали называть электромиографией — с ее помощи врачи проверяют, нормально ли работают мышцы пациента. Когда Вольф с юношей из зала устроил состязание в армрестлинге, все услышали грохочущий звук — так работали мышцы. На лекции он также дал возможность «подслушать» нервную систему и прочесть мысли девочки-подростка.
Колин Блейкмор — невролог, исследователь зрения и мозга — устроил слушателям в 1982 году прогулку по вселенной нашего восприятия. Он рассказал и показал, как работает вестибулярный аппарат и где располагаются нервные окончания на теле людей и животных. Для наглядности в зал был доставлен из зоопарка живой поросенок, чей пятачок являет собой сверхчувствительный орган, нашпигованный нервными элементами.
В 1994 году психолог, нейрохимик, популяризатор науки Сьюзан Гринфилд рассказывала, каким образом мозг делает нас теми, кто мы есть. Лекцию она начала, стоя в окружении банок с заспиртованным мозгом и моделей головы. Позже для иллюстрации разных размеров мозга в зал поочередно вносили змею, сову и обезьяну. «Мы обладаем точностью компьютера, разнообразием и богатством волшебного котла, и за счет этого сочетания мы не похожи на других людей», говорила исследовательница.
На рубеже веков дошла очередь и до специалистов по искусственному интеллекту. Профессор кибернетики Кевин Уорик познакомил аудиторию с различными аспектами взаимодействия людей и роботов. В лекции принимали участие несколько киборгов, поэтому зал напоминал съемочный павильон научно-фантастического фильма. Лектор поставил перед юными слушателями ряд непростых вопросов. Зачем нам нужны роботы? Какие решения они должны принимать? Как это скажется на обществе? И не выйдет ли искусственный разум из-под контроля человека, став угрозой?.. То, что четверть века назад звучало футуристично, в наши дни приобретает все более реальные черты.
Благодаря научным прорывам ученые сейчас обладают относительно ясной картиной того, как работает мозг — бесконечно сложный орган. И все же остается немало загадок о его деятельности и сбоях — причинах проблем с психикой. «Наступила эпоха нейроисследований, и понимание работы мозга, возможно, самая удивительная научная задача нынешнего поколения», пишет Кэтрин де Ланж в эпилоге книги.
Похожие подборки
Не знаете, что почитать?
