Единство сознания. Беседа с Вольфом Зингером.

Вольф Зингер — профессор нейрофизиологии и заведующий кафедры нейрофизиологии в институте изучения мозга имени Макса Планка во Франкфурте-на-Майне (Германия). В 2004 году он основал Франкфуртский институт передовых исследований (FIAS), занимающийся основополагающими теоретическими изысканиями в различных областях науки. Институт объединил теоретиков из таких дисциплин, как биология, химия, нейронаука, физика и информатика. Главная цель исследований Зингера — понимание нейронных процессов, лежащих в основе высших когнитивных функций, таких как визуальное восприятие, память и внимание. Кроме того, он стремится просветить широкую публику относительно результатов исследований мозга, за что отмечен премией Макса Планка за популяризацию науки.

Метцингер: Вольф, каково на сегодняшний день отношение между сознанием и соединением отдельных черт?

Зингер: Уникальная особенность сознания — его согласованность. Контент сознания непрерывно меняется вместе с переживаемым настоящим, но в каждый текущий момент все элементы содержания феноменального сознания связаны друг с другом, за исключением патологических состояний, вызывающих дезинтеграцию сознательного опыта. Это наводит на мысль о тесной связи между сознанием и связыванием. Кажется, в сознание одновременно проникают только те результаты многочисленных вычислительных процессов, которые успешно связываются. Данное понятие устанавливает тесную связь между сознанием, кратковременной памятью и вниманием. Эмпирические данные указывают, что для того, чтобы стимул был осознанно воспринят, он должен стать объектом внимания, и только после этого он получит доступ к кратковременной памяти.

Метцингер: А почему вообще существует проблема связывания?

Зингер: Проблема связывания проистекает из наличия двух различных черт мозга. Во-первых, мозг — чрезвычайно распределенная система, в которой параллельно выполняется множество операций; во-вторых, в нем отсутствует единый центр схождения, в котором результаты этих параллельных расчетов могли бы последовательно оцениваться. Разные вычислительные модули взаимосвязаны в чрезвычайно плотную и сложную сеть с двусторонними соединениями, которые, по-видимому, посредством мощного механизма самоорганизации генерируют упорядоченные на глобальном уровне состояния. Отсюда следует, что репрезентация сложного когнитивного содержания — объектов восприятия, мыслей, планов действия, активированных воспоминаний — также имеет распределенную структуру. Для этого необходимо, чтобы нейроны, участвующие в распределенной репрезентации конкретного типа содержания, параллельно передавали два сообщения: во-первых, сигнал о том, имеется ли та черта, на восприятие которой они настроены; во-вторых, указание, в сотрудничестве с какими из множества других нейронов они формируют распределенное преставление. Общепризнанно, что нейроны сигнализируют о присутствии кодируемой ими черты ростом частоты разрядов. Однако ученые не столь согласны между собой в вопросе о том, каким образом нейроны сигнализируют о том, с какими нейронами они, в свою очередь, сотрудничают.

Метцингер: Каковы требования к таким сигналам?

Зингер: Поскольку репрезентации когнитивых содержаний могут очень быстро изменяться, для дешифровки требуется очень высокое временное разрешение. Мы предположили, что уникальной характерной чертой, определяющей отношения между индивидуальными нейронами, является точная синхронизация их разряда.

Метцингер: Но почему в синхронизации?

Зингер: Точная синхронизация увеличивает воздействие нейронных разрядов и содействует тому, чтобы синхронные сигналы далее обрабатывались совокупно. Новые данные указывают на то, что такая синхронизация достигается, когда нейроны вовлечены в ритмические волновые колебания разрядов, поскольку колебательные процессы синхронизируются лучше, чем последовательности, не структурированные по времени.

Метцингер: Значит, это не просто гипотеза? Есть экспериментальные подтверждения?

Зингер: Больше десяти лет прошло после открытия синхронизированных колебательных разрядов в зрительной коре, и сейчас появляется все больше свидетельств в пользу гипотезы, что синхронизация колебаний является механизмом связывания распределенных в мозгу процессов. При этом соответствующие частоты колебаний различаются в зависимости от структуры и в коре головного мозга обычно укладываются в диапазон бета-и гамма-волн от 20 до 80 Гц. Явление синхронизации особенно интересно в данном контексте тем, что оно возникает в связи со многими функциями, существенными для сознательного опыта.

Метцингер: Какие же это функции?

Зингер: Эти колебания появляются при кодировании объектов восприятия, когда формируются согласованные репрезентации различных свойств объекта. Такие колебания постоянно наблюдаются, когда субъект направляет внимание на объект и сохраняет информацию о нем в рабочей памяти. И наконец, эти волны являются характерным коррелятом сознательного опыта.

Метцингер: Каким образом обстоит дело с эмпирическими данными?

Зингер: В испытании, при котором субъекту предъявляются стимулы, которые маскируются шумом, они воспринимаются сознательно только в пятидесяти процентах случаев, так что можно избирательно исследовать мозговую активность, связанную с сознательным опытом. Поскольку физические свойства стимулов неизменны, можно просто сравнивать сигналы мозга, когда субъект осознает предъявленный стимул, с сигналами, когда сознание отсутствует. Опыт показывает, что при осознанном восприятии различные зоны коры головного мозга кратковременно вовлекаются в точно синхронизированные высокочастотные колебания. Когда стимулы не воспринимаются на уровне сознания, различные активные участки по-прежнему задействованы в высокочастотных колебаниях, свидетельствуя о том, что обработка сигнала осуществляется, — но это идут исключительно локальные процессы, глобальные синхронизированные паттерны отсутствуют. Это предполагает, что для доступа к сознанию необходимо объединить синхронизацией большое количество обрабатывающих зон — другими словами, достаточное количество распределенных вычислений — и продлить их синхронную работу на достаточно долгий срок.

Метцингер: Это интересно и с философской точки зрения. Разве это не идеальное объяснение единства сознания?

Зингер: Действительно, это могло бы объяснить и единство сознания — тот факт, что контент феноменального сознания, хоть он и меняется со временем, всегда переживается как единое целое. Признаться, тут создается подобие порочного круга, однако, если необходимым условием допуска в сознание является синхронность активности достаточного количества участков и если синхронизация равнозначна семантическому связыванию, интеграции смысла, тогда из этого следует, что контенты сознания могут быть только согласованными.

Метцингер: Что надо будет еще показать, если сказанное вами окажется верным?

Зингер: Если предполагаемый сценарий является истинным, останется вопрос о том, имеем ли мы удовлетворительное описание нейронных коррелятов сознания. Что мы получаем, показав, что нейронный коррелят сознания есть особое метастабильное состояние очень сложной, высоко динамичной, нестационарно распределенной системы — состояние, характеризуемое постоянно изменяющимся паттерном высокосинхронных колебаний? Дальнейшие исследования приведут к более подробному описанию таких состояний — но это, вероятно, будут абстрактные, математические описания векторов состояния. В конечном счете передовые методы анализа, возможно, позволят обнаружить семантический контент, действительное значение этих векторов и дадут возможность манипулировать этими состояниями, а следовательно — изменять содержание сознания, что докажет причинную связь между активностью нейронов и содержанием феноменального сознания. Однако, возможно, это предел для наших усилий по поиску нейронных коррелятов сознания. Даже если мы получим точное описание нейронных состояний, при которых возникает сознание, это еще не объяснит, каким образом паттерны активации нейронов в конечном итоге вызывают субъективные ощущения, эмоции и тому подобное.

Метцингер: Какие сейчас самые насущные вопросы в вашей области знания и каково направление ее развития?

Зингер: Самые сложные вопросы состоят в том, как кодируется в распределенной нейронной сети информация и как из распределенной активности нейронов возникают субъективные чувства, так называемые квалиа. Принято считать, что нейроны передают информацию, регулируя скорость разрядов, — то есть сигнализируют о наличии содержания, на котором они «специализированы», путем увеличения частоты разрядки. Однако, согласно накапливаемым данным, сложное когнитивное содержание кодируется посредством активности распределенных пучков нейронов, а информационная нагрузка содержится в отношениях между амплитудами и в длительности разрядов. Извлечение этой информации, закодированной в таких многомерных временных сериях, — серьезный вызов для будущей работы. Для этого придется вести одновременную запись работы большого количества нейронов и определить соответствующие пространственно-временные закономерности. До сих пор неясно, какие именно аспекты огромного количества возможных паттернов нервная система использует для шифрования информации, поэтому для поиска таких паттернов потребуется разработка нового, сложнейшего математического поискового алгоритма. Итак, нам, чтобы продвинуться в понимании нейронных процессов, лежащих в основе высших когнитивных функций, потребуется тесное сотрудничество экспериментаторов и теоретиков.

Метцингер: Вольф, почему вы так интересуетесь философией и какой вы хотели бы видеть философию в будущем? Какого вклада вы ожидаете от гуманитарных наук?

Зингер: Я интересуюсь философией потому, что развитие нейробиологии может дать ответы на некоторые классические философские вопросы. Это касается эпистемологии, философии сознания и этики. В ходе развития когнитивной нейронауки мы узнаем, как устроен процесс восприятия и в какой степени наши восприятия являются скорее реконструкциями, чем репрезентациями абсолютной реальности. Узнав больше о том, как из сложного взаимодействия нейронов возникают мыслительные процессы, мы приблизимся к решению вопроса об отношении тела и сознания. Поняв то, каким образом наш мозг устанавливает ценности и различает надлежащие от ненадлежащих, мы узнаем больше об эволюции и устройстве морали.

И наоборот, наука о нейронах нуждается в гуманитарных науках по нескольким причинам. Во-первых, прогресс нейронауки ведет к возникновению множества этических вопросов, решать которые должны не только нейробиологи, но и гуманитарии. Во-вторых, с прогрессом нейронауки все большее число явлений, традиционно относившихся к гуманитарным областям, изучается методами нейронауки. Таким образом, гуманитарии создадут таксономию и опишут феномены, которые должны быть изучены на нейронном уровне. Нейронаука начинает исследование таких явлений, как эмпатия, ревность, альтруизм, совместное внимание и социальный импринтинг, — эти феномены традиционно описывали и анализировали психологи, социологи, экономисты и философы. Прежде чем приступить к научному исследованию нейронного механизма этих феноменов, необходима их классификация и точное описание. Не сомневаюсь, что в ближайшем будущем возникнет тесное сотрудничество между нейроучеными и гуманитариями — и это дает надежду на исчезновение некоторых границ, разделявших естественные и гуманитарные науки на протяжении последних веков.

Из книги Томаса Метцингера "Наука о мозге и миф о своем я", изд. АСТ, 2017

См. также Как у нас возникает представление об объекте? Что такое сознание?.