ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.
Бдительность, прогнозы и призраки
Глава, в которой автором сознательно выпущено важное, но общеизвестное начало — о том, что человек имеет глаза и уши, ощущает запах, вкус и прикосновение. О том, что передовые заставы мозга непрерывно информируют его о происходящих вокруг событиях.
Мы слушаем, а не только слышим, смотрим, а не только видим.
Наш мозг — азартный игрок, за миллионы лет научившийся делать ставку.
В Монте-Карло, знаменитом игорными домами, издается единственная в мире газета, состоящая из одних только цифр. По утрам ее жадно читают люди с серыми от бессонницы лицами. Напечатанные в газете цифры ‑данные о вчерашних выигрышах и номера полей, против которых застывало накануне прихотливое колесо рулетки. Читатели стремятся найти закономерность счастья — номера, на которых выигрыш наиболее вероятен.
Вероятность! Это великое слово. Им пользуются самые разные люди — от прожигателей жизни до тех, кто спасает ее другим. Врач, ставящий диагноз, чаще всего не в силах бесспорно определить болезнь — обнаруженные им симптомы равновероятно могут сопутствовать нескольким расстройствам. Только установив повышенную вероятность какой-нибудь одной болезни, можно назначать лечение. Иначе приходится неприцельно бить сразу по нескольким мишеням. Врачебный опыт, таким образом, — умение взвесить вероятности.
Рыболовецкие флотилии водят опытные капитаны. Что это такое — рыбацкий опыт? Умение по десятку еле уловимых признаков установить высокую вероятность появления через короткое время косяков рыбы именно в месте, куда идут сейнеры (за исключением, конечно, случаев, когда косяк прямо выслежен с самолета или обнаружен эхолотом, — вероятность равна единице).
Конструкторы ракет и спутников рассчитывают вероятность выхода из строя почти каждого элемента и узла. Там, где вероятность возникновения скорого отказа повышена, узел надо дублировать, иначе впустую пропадет многомесячный труд сотен специалистов.
Даже метеорологи не гадают на картах. По движению масс воздуха, температурам, состоянию ионосферы и десяткам других непрерывно изменяющихся признаков они определяют погоду, которая наступит наиболее вероятно.
Прогноз будущего, основанный на вычислении вероятности, — метод работы и нашего черного ящика. Дальше пойдет речь об опытах, сравнительно недавно уверенно доказавших это.
В клетке сидит зверек — обезьяна, кошка, собака. Подается вспышка света — животное настораживается. Неожиданный звук — та же реакция. Работает ориентировочный рефлекс (Павлов называл его реакцией «Что такое?») — без него ни одно живое существо не сумело бы уберечься в этом мире, где опасность возникает стремительно и вдруг.
Вспышки следуют одна за другой. Через несколько повторов животное становится к ним равнодушным и уже не обращает внимания. Вспышка чуть изменилась, стала ярче или глуше, — животное насторожилось опять.
Теперь нам придется отвлечься на недолгое, но существенное отступление, ибо слова «внимание», «насторожилось» и «равнодушно» — очень неточные определения. Ни один ученый не стал бы сегодня пользоваться ими всерьез, не имея точных, записанных прибором объективных доказательств, что животное насторожилось, напряглось или потеряло интерес. Доказательства существуют.
ШУМ НА ПЛОЩАДИ
Более сорока лет назад немецкий психиатр Бергер приложил к голове человека тонкие металлические пластинки, соединил их проводком с чувствительным гальванометром и обнаружил электрические волны ничтожной величины. Теперь каждый школьник знает, что нервные клетки мозга — крохотные электрические генераторы, а тогда открытие суммарного электрического шума миллиардов клеток показалось коллегам Бергера (и без того считавшим его чудаком) настолько неперспективным, что исследования он некоторое время продолжал в одиночестве. За пять лет он сделал довольно много: обнаружил, что по форме кривых этих токов можно знать, спит или бодрствует человек, и что, кроме беспорядочных всплесков, можно выделить какие-то регулярные колебания.
Открытие опередило время. Электрические волны мозга лежали у самого нижнего предела чувствительности тогдашних приборов, а биология уже вступила в прямую, жесткую зависимость от успехов техники, дарующей приборы наблюдения. Как бы ни были талантливы исследователи, результат поисков все же определяется наличием или отсутствием точной и соответствующей аппаратуры. Развитие экспериментальной науки не может порвать зависимость от успехов приборостроения, ибо, как точно заметил поэт, самый лучший всадник не приходит к финишу раньше своей лошади.
В конце тридцатых годов появились мощные усилители, и энтузиазм, охвативший биологов, трудно описать. Начали стремительно появляться тысячи работ о биотоках мозга, и поток этот не иссякает до сих пор (несколько лет назад список статей и книг уже составил том в десять тысяч названий). Что же касается печати, то профессионально необузданное воображение прессы еще тогда наметило ничтожные сроки, оставшиеся до полной расшифровки мыслей.
Увы, ученые знают сейчас, как печально мало сведений выдают кривые биотоков — общий результат сложения миллионов электроручейков, разносящих по мозгу сведения и приказы.
Как ни мало, но кое-что выдают. Скептикам полюбилось сравнение записи мозговой активности с разноголосицей, которую произвели бы все телефонные разговоры многомиллионного города, сумей мы через какую-нибудь отводную трубку слушать их одновременно. Разве можно в этом шуме разобрать что-нибудь связное, какой-нибудь привлекающий нас разговор? Нет. Самое обидное — что каждый из собеседников говорит интересные вещи.
Но представьте себе, что в определенном настроении часть жителей города снимает трубку и в унисон напевает один мотив. Тогда в нашей отводной трубке будет слышен именно этот монолитный мотив, состоящий из слившихся воедино индивидуальных пений (его, правда, переврут солисты, лишенные слуха, но нарушить общую картину они не сумеют).
У населения мозга такое состояние существует. Слившиеся, одинаковые волны (с частотой восемь — десять колебаний в секунду) заполняют в спокойном, ни на что не нацелившем внимание мозгу многие нервные провода. Это так называемый альфа‑ритм. (Есть несколько других ритмов, но их характер и роль еще изучены столь же мало.) Появление и исчезновение альфа‑ритма фиксировалось учеными всего мира в совершенно одинаковых обстоятельствах. До тех пор, пока внимание хозяина мозга ни на что не направлено, нейроны нескольких областей сливают голоса в едином колебательном хоре (неизвестного, правда, назначения — с точки зрения физиолога). Внимание нацелено — хор замолкает.
Альфа— ритм, этот признак спокойствия, остается, когда какое‑нибудь дело мы совершаем привычно, автоматически, не концентрируя на нем внимания. Дело может быть достаточно сложным ‑только мера навыка решает вопрос: сосредоточиться на деле или оно осилится машинально. Альфа‑ритм записывали у Эйнштейна, производившего какие‑то вычисления. Для великого физика это было настолько будничным делом, что расчеты привычно совершались отдельными областями, не просящими о помощи весь мозг. Внезапно альфа‑ритм исчез. Эйнштейн поднял голову и обеспокоенно сказал, что во вчерашних расчетах есть ошибка, что надо позвонить домой, в Принстон.
Возникшие среди привычного шума новые звуки, попытка что‑либо рассмотреть в темной комнате, даже внушение человеку под гипнозом, что он что‑то видит, мгновенно сбивают альфа‑ритм, существующий до тех пор, пока внимание ни на чем не сосредоточено.
А теперь вернемся к кошке (обезьяне, собаке, крысе), спокойно сидящей в клетке. От головы ее тянутся тонкие проводки, и по экрану прибора четко пляшут волны альфа‑ритма. Кошку ничто не настораживает.
Вспышка света! Альфа‑ритм исчез. Еще одна! Третья. Четвертая. Снова появляются волны альфа‑ритма. Кошка успокоилась — вспышки ничем не угрожают ей и больше не интересуют.
Вспышка изменилась: стала несколько ярче или темнее. Или изменился промежуток времени между двумя вспышками. Кошка снова насторожена. На что она реагирует?
Меняли яркость, размер, цвет, положение в пространстве источника света — на каждое изменение следовала настороженная реакция.
Сигналы усиливали, ослабляли, удлиняли, укорачивали, меняли между ними промежутки, вклинивали другие сигналы — после нескольких повторов животное успокаивалось и реагировало снова только на одно качество. На какое?
Следующую ниже историю рассказал мне человек, некогда чудом уцелевший в концлагере. Однажды их вывели долбить лед, и несколько сот пленных оказались на опушке леса под охраной двух пулеметчиков, вскоре задремавших на своих вышках. Вышки стояли на узкой снежной поляне, отделявшей работавших от леса. Часовые спали, не реагируя на стук сотен ломов в лед, покрывавший бетонную площадку заброшенного аэродрома. Двое переглянулись и поползли через поляну. Часовые спали, но в разнобой ударов вклинился новый звук. Друзья этих двоих, зачарованно глядя то на них, то на вышки, машинально начали бить ломами в такт. Часовые проснулись мгновенно, вернуться невредимым успел только один из беглецов.
Мозг реагирует на одно лишь качество любого раздражителя — на новизну! На какое‑нибудь (пусть крохотное на сильном привычном фоне) изменение в этом раздражителе. Многочисленные наблюдения подобного рода составили значительный архив. В любой науке время от времени собирается архив фактов, ждущих своего Линнея. Не будучи приведены в систему, такие архивы приносят немного пользы. А система (опирающаяся, казалось бы, всего лишь на сумму известных фактов) — уже совершенно новое качество. Это — ключ, с которым впору поставить новые опыты, приступить к еще не решенным проблемам. И успешность их объяснения — критерий справедливости системы. Странные факты реакций мозга на новизну скапливались при исследованиях на уровне отдельных нейронов, на уровне записи миллионного оркестра, рождающего альфа‑ритм, и на уровне тонких наблюдений за поведением живого существа.
МИР В МОДЕЛИ
Собаке открыли кормушку и издали показали положенный туда аппетитный кусок хлеба. Кормушку закрыли. Собака облизнулась и туго натянула поводок. Но за то время, что ее спускали с поводка, в кормушке (незаметно для собаки, через заднюю стенку) хлеб поменяли на мясо. Собака добежала до кормушки, деловито и привычно открыла ее лапой. Мясо! Оно еще вкуснее, чем хлеб. Но собака мгновение оторопело стоит, не трогая любимую еду. Что произошло? На что были нацелены ее помыслы, когда она бежала к кормушке?
Гипотеза звучала так: мозг впитывает все явления мира, происходящие вокруг, на основе этих данных предсказывает наиболее вероятный облик ближайшего будущего и готовно подстраивает к нему поведение хозяина, а в случае ошибки, рассогласования ожидаемого и реально наступившего будущего отвечает повышением внимания, чтобы, разобравшись в новой ситуации, снова выработать прогноз грядущих событий и план предстоящих действий.
Непрерывная активность, предвосхищение будущего! Предвидение, основанное на вероятности наступления тех событий, появления сигналов той последовательности, закономерности, связи и сочетания, которые предсказал мозг на основании предыдущих сообщений и прошлого опыта. И если прогноз точен, поступают ожидаемые сигналы и наступают предсказанные ситуации, внимание можно не напрягать, в мире ничего не изменилось, пускаются в ход заготовленные действия. Но если сообщения не совпадают с ожидаемыми — тревога! Исчезает альфа‑ритм, и весь мозг сосредоточен на ожидании того, что может случиться. Это готовность часового, услышавшего незнакомый звук.
Описание такой длинной картины работы мозга в миллионы раз более растянуто во времени, чем подлинные переклички нервных сетей (они происходят в мозгу за мгновения), и преувеличено по тревожности (когда наблюдаешь биение волн биотоков, очень тянет к авральным сравнениям). Но картина эта — подлинная (на сегодняшний взгляд), и мозг меняет, очевидно, только длительность срока, на который вырабатывается вероятностный прогноз.
Значит, мозг должен иметь в составе своих клеток специальные — для составления зашифрованных неизвестным пока образом (нечто типа азбуки Морзе?) моделей ожидаемого будущего. Очевидно, это именно так, сказал бы психолог и поставил точку — здесь кончаются его интересы, связанные с общим поведением человека. Но нейрофизиологи, изучающие жизнь отдельных нейронов и целых структур, предпочли бы обнаружить расстановку, расселение этих клеток‑прогнозистов по областям мозга. Тем более, что инструмент поиска существует — тончайшая волосковая нить электрода, изолированного по всей длине, кроме кончика, проникающего в любую одиночную клетку. От электрода на экран усиливающего прибора передается непрерывный поток электрических всплесков — импульсов, которые выдает каждый нейрон в процессе работы. И наоборот — искусственно раздражая нейрон через электрод, можно иногда по поведению подопытных выяснить, какому департаменту принадлежит клетка в управленческом аппарате мозга.
Клетки— специалисты были обнаружены сравнительно давно (несколько десятков лет ‑срок почтенный для науки, которой почти каждый день приносит что‑нибудь новое). Это нейроны зрительные, слуховые, двигательные и подобные им клетки «узкого» профиля. К ним вплотную примыкают нейроны‑универсалы: они откликаются на разные виды раздражителей; это, очевидно, клетки, с помощью которых сотрудничают разные системы.
А что, если другие нейроны — талантливые имитаторы образов и событий окружающего мира.
Именно к ним поступают все сведения от передовых застав, они усваивают ритм, характер, закономерности строения и протекания внешних процессов, воспроизводят их действующие модели (одна из самых загадочных и темных пока способностей мозга), прогнозируя тем самым возможный облик ближайшей будущей ситуации.
Они сообщают результаты своей работы — вероятностный прогноз — особым клеткам: нейронам новизны и внимания.
Если модель событий, протекающих в мире, построена верно и прогноз совпадает с поступающими данными, нейроны новизны удовлетворенно свернут поданную программу и, немедленно забыв о ней, приступят к следующей.
Их волнует лишь новизна — несовпадение между ожиданием и реальностью. Обнаружив рассогласование, они бьют тревогу, и все «заинтересованные» системы мозга, немедленно отвлекаясь от покоя и течения внутренних дел, устремляются на анализ неувязки. Это состояние, которое психологи называют вниманием: насторожено животное, сосредоточен человек.
Такие клетки — моделисты и контролеры — уже обнаруживают себя, у мозга есть области, где они составляют почти половину населения.
Так создается предвосхищение самого ближайшего будущего. Но мозг подготавливает и проводит действия, нацеленные на достижение и более далекой вероятной ситуации. Собака, бежавшая через комнату к кормушке, готовилась получить хлеб, издалека показанный ей и вызвавший эту пробежку. Вот почему она на мгновение застыла, обнаружив мясо. Сличение модели ожидаемого с реальностью заставило ее немедленно переоценить и осознать ситуацию.
Органы чувств живого существа — не окна, таким образом, для произвольного притекания информации, а тончайшие приборы непрерывного слежения, активного исследования и отбора существенных черт мира. Вот почему с высоты сегодняшних знаний предстает такой гениальной лаконичная давняя догадка Сеченова: «Мы смотрим, а не только видим, слушаем, а не только слышим».
Активность мозга — его поразительное свойство. Неподвижный глаз ничего не видит — глаз проходит по пространству обзора, как прожектор, — обшаривающий небо, и поступающие сигналы падают не на чистую доску наших восприятий, а на готовую программу встречи и реагирования.
В протянутые руки человека кладут два шара, значительно разнящиеся по размеру. Шары из одного материала, но весят они — большой и маленький — одинаково (внутрь меньшего невидимо вставлен кусок свинца). У человека, взявшего шары, спрашивают: какой тяжелее? Он немедленно отвечает: маленький. Напоминаю: весят они одинаково. Это иллюзия, давно известная психологам, исправно переходившая из книги в книгу и лишь недавно с достоверностью и правдоподобием объясненная.
Глаза сообщили в центр: кажется, шары из одного материала, следовательно, больший по размерам должен быть тяжелее (наиболее вероятный прогноз). И мышцам обеих рук пошли неодинаковые распоряжения: рука, взявшая крупный шар, подготовилась к большей нагрузке, но получила такую же, как рука, готовая к меньшему усилию. И руке, держащей крупный шар, теперь легче его держать, она напряжена сильнее другой. И человек отвечает: маленький шар тяжелее. И не верит, что они одинаковы.
Многочисленные разновидности подобных иллюзий столь же правдоподобно объясняются непрерывно работающим механизмом предвидения. Модели ожидаемого будущего конструируются, не попадая в сознание, это деятельность мозга, для которой ему не нужно привлекать все свои системы.
Здесь необходимо оговориться. Постоянное автоматическое прогнозирование не следует смешивать с планами и прогнозами, которые мы строим сознательно, обдумывая свое будущее.
Прогнозирование в его бытовом, ежедневном понимании — это тоже создание наиболее вероятной картины будущего на основе опыта и анализа событий. Если оно совершается с достаточной информацией, талантливо (здесь это слово — мера умения анализировать) и беспристрастно, результаты могут оказаться поразительными. Недальновидность, нежелание видеть информацию в правильном свете, самообман и неверные предпосылки, ограниченность и предвзятость порождают прогнозы, с очевидностью нереальные еще до поверки их наступившим будущим. Прогнозы эти и планы — от наших ежедневных житейских до политических и научных — имеют то большую, то меньшую вероятность, повседневная реальность непрерывно их подправляет. Такие планы можно строить и не строить — это зависит от желания и необходимости. А то предвосхищение, которым непрерывно занимается мозг, — обязательная программа нашей изумительной вычислительной машины. Каждый прогноз грядущего отличается рассчитанной вероятностью, и системы мозга — от беспристрастно анализирующих до аппарата эмоций — работают на определение будущего.
Открытие этого высочайшего свойства живого мозга — не только ключ ко многим еще нерешенным проблемам психологии и психиатрии, но и реальная конструкторская задача создателям искусственного разума — электронных управляющих систем.
А теперь вернемся к механизму непрерывного микропрогнозирования, вспомнив, что немаловажная его черта — отражение мира в движении и течении событий.
Собака, преследующая зайца, порой отрывается от следа и бежит наперерез косому, бегущему обычно по большому кругу: мозг ее промоделировал кривую бега зайца и выбрал кратчайшее направление погони. Ворона догоняет кормушку с едой, скрывшуюся в коротком игрушечном тоннеле. Мгновение помедлив, ворона несется на распластанных крыльях прямо к выходу из тоннеля: уловив закономерность движения кормушки, мозг вороны безошибочно угадывает место, откуда еда может появиться опять. Такое прогнозирование — уже начатки мышления, не правда ли?
В лаборатории Московского университета появились десятки птиц, рыбы, черепахи, кролики и обезьяны.
В невысокой вертикальной стенке из куска текстолита прорезана щель. Черепаха привычно просовывает в эту щель свою змеиную голову и видит два крючка. На одном из них висит кусок мяса. Черепаха стремительно вытягивает шею (глубокие складки кожи расправляются, и шее, кажется, нет конца), но оба крючка — и пустой, и с мясом — начинают разъезжаться в разные стороны. Щель не пропускает рванувшееся черепашье тело. Миновав занавес из кусочка клеенки, крючок с мясом исчезает из поля зрения черепахи. Догадаться, куда он поехал, по звуку нельзя, ибо и ролик с пустым крючком дребезжит так же.
Черепаха вытаскивает голову из щели, некоторое время оглядывает неприступную стенку и… старательно семенит в направлении, в котором поехало мясо. Крохотного отрезка пути от щели до занавеса оказалось достаточно, чтобы составить модель — прогноз движения крючка.
Устройства усложнялись, в опытах участвовали птицы, рыбы, собаки. Полученные данные убедительно свидетельствовали: степень умения прогнозировать, строить модели происходящего, верно намечать наиболее вероятное будущее (в приводимых опытах — пространственное положение движущейся еды) — это и есть мера разума. На этом стоит остановиться особо.
