Галлева система понятий покоится на весьма статическом видении мозга, но оно далеко не так устарело, как можно было бы судить по фарфоровым головам с блошиных рынков. На протяжении XX века постепенно установилось на данный момент очень распространенное представление о том, что мозг – это что-то вроде компьютера. Хотя компьютер ассоциируется с чрезвычайно динамичной эпохой, глубоко внутри он – устройство с жесткой, прочно смонтированной структурой (по крайней мере, в своем наиболее распространенном кремниевом варианте), чего совсем нельзя сказать о нашем мозге.
Мозг – это не компьютер
Воображая, что мы хотя бы в общих чертах представляем себе устройство компьютера (хотя кто может этим похвастаться?), мы также думаем, что можем разобраться в мозге. Поскольку компьютер создали мы, люди (точнее, небольшая группа представителей нашего вида), очевидно, мы инстинктивно предполагаем, что он должен быть организован по нашему «образу и подобию». По этой причине, когда мы описываем, как функционирует мозг, аналогия с компьютером кажется нам допустимой.
Когда я учился во Фрайбурге, вирусолог Отто Халлер на своих лекциях объяснял нам принцип действия болезнетворного вируса на примере компьютерного, причем проводил двойную аналогию (в обоих направлениях). То, что в таком контексте еще как-то работало, вызывало удивление и было доходчиво, а значит, в целом полезно, в применении к мозгу ведет к «смерти через аналогию». Мозг – это не компьютер в том виде, в котором мы все его знаем и ежедневно используем. Это сразу становится ясно, если представить себе попытку перезагрузить мозг, выполнить цветную печать или сохранить резервную копию. При этом компьютер по-прежнему с трудом справляется с задачей поймать мяч с лету. Вычислительная мощность, которая нужна, чтобы согласовать подготовку к хватательному движению с предварительно рассчитанной траекторией полета, кажется невероятной. Компьютеры также с трудом воспринимают, интерпретируют и даже проявляют эмоции. Возможно, когда-нибудь они смогут и это, но до тех пор, пока их принципиальное устройство не изменится, им придется брать чистой массой и грубым натиском там, где мозг, благодаря совершенно иному принципу действия, справляется без всякого труда и обходится гораздо меньшими затратами (см. рис. 13 на вклейке).
Почти все признают, что мозг все же устроен немного сложнее, чем любой известный компьютер (ведь, в конце концов, все компьютеры – это порождение человеческого мозга), даже если последний обыгрывает чемпионов мира по шахматам и го. Но это скорее вопрос количественный, чем принципиальный. Квантовый компьютер его уже точно решит. Однако такая удобная экстраполяция на самом деле основана на совершенно неверной посылке. Дело не в том, что мозг – это не какой-то компьютер побольше и посложнее; в его основе вообще едва ли есть что-то общее с его кремниевым двоюродным лжебратом. У него совершенно иной базовый принцип, который поэтому не поддается экстраполяции и масштабированию. В конечном счете это имеет решающее значение для понимания сущности мозга и определяет последствия тех ошибок, которые вытекают из неверной аналогии.
В основе компьютера, каким мы его знаем, лежит стандартная архитектура, и сердце ее – ЦП, центральный процессор. «Шина» на короткое или продолжительное время передает информацию в виде двоичного кода между ЦП и различными накопителями. Сегодня существуют компьютеры, в которых параллельно работает более одного процессора. Развитие идет в этом направлении. Но работа мозга целиком состоит из параллельных процессов, и при этом центрального процессора у него вообще нет. Он сам – процессор. И одновременно не процессор. Ведь, хотя мозг и имеет модульную конструкцию, ее смысл не в четком разделении обязанностей. Здесь нет никакого центрального коммутатора.
Но самое главное то, что архитектура компьютера и его микросхем жестко задана заранее. Она не умеет приспосабливаться. В мозге же происходит именно это, и таков важнейший функциональный принцип. Деятельность мозга всегда сопряжена с изменениями его микроструктуры. Сеть связей, которую образуют нейроны, находится в постоянном течении. Нельзя сказать, что может фундаментально изменяться базовая структура мозга, но чем подробнее ее рассматриваешь, тем больше понимаешь, насколько изменчивы связи в ней.
Микроархитектура компьютеров, напротив, не изменяется в результате обучения. В ней нет пластичности. Подобного взаимодействия структуры и формы не происходит. Электрическая схема, в отличие от мозга, не подстраивается под потребности в зависимости от деятельности или ее отсутствия.
Из-за этой фундаментальной разницы компьютер не годится в качестве модели мозга. Невзирая на всю свою мощь, он (как и компьютерные программы) до смешного несовершенен, что постоянно вызывает у нас раздражение; но отсюда все по той же причине не следует делать вывод, что эти ограничения свойственны и мозгу. У мозга свои рамки, опять же часто незнакомые компьютеру. Даже деменция – это не сбой процессора. При болезни и нейродегенеративных заболеваниях по-прежнему сохраняется пластичность. У млекопитающих ее полное отсутствие несовместимо с жизнью. Через аналогию с компьютером множество вопросов о мозге не поддаются объяснению, просто потому, что картина искажена. А новые нервные клетки в нее вообще никак не вписываются. Добрая часть скепсиса, который вызвало понятие нейрогенеза взрослых, связана с тем, что оно не сочетается с определенными представлениями о принципе действия мозга (причем неверными).
Пластичность
В биомедицине «пластичность» – довольно сложное, неоднозначное понятие, поскольку в отдельных научных дисциплинах оно используется совершенно по-разному. Это быстро вызывает путаницу. Данный термин уже несколько раз встречался в нашей книге, и я всегда подчеркивал его многогранность. Но уже давно пора подробнее рассмотреть эту центральную тему.
Здесь (как и во многих областях нейронауки) под пластичностью мы понимаем двустороннее взаимодействие структуры и функции. Итак: функция определяется структурой (как автомобиль, который функциональными свойствами обязан своей конструкции), а структура следует за функцией. Второго, к сожалению, с автомобилем не происходит: если посильнее разогнаться на «трабанте», он сам собой не превратится в «феррари», чтобы лучше справиться с поставленной перед ним задачей. Таким образом, пластичность представляет собой «итеративный процесс»: сигналы обратной связи чередуются с эпизодами приспособления, благодаря чему возможна оптимизация.
«Форма определяется функцией»: эта идея пришла из архитектуры. Американский «отец небоскребов» Луис Салливан, опираясь на более ранние концепции, развивает ее в статье «Высокое офисное здание как произведение искусства» (The tall office building artistically considered) 1896 года (см. рис. 14 на вклейке): «Орел парит в небесах, цветет яблоня, ломовая лошадь тащит груз, скользит по воде лебедь, ветвится дуб, у его подножья вьется ручей, плывут облака, надо всем этим сияет солнце – форма всегда следует за функцией, и это закон. Когда функция неизменна, неизменна и форма». Последнее предложение – решающее, оно указывает на причинно-следственную связь и на возможность преобразований. Автор продолжает: «Этот закон действует везде: для всего органического и неорганического, всего физического и метафизического, всего человеческого и сверхчеловеческого, всех истинных проявлений ума, сердца, души – жизнь всегда можно узнать по ее выражению, форма всегда следует за функцией». Примечательно, что эта вторая часть цитаты принадлежит перу человека, проектировавшего небоскребы. Мы снова видим связь между архитектурой и нейронаукой, но теперь с другим знаком. Это еще не пластичность, но мысль, которая точно отражает ее центральный принцип. Кстати, эта фундаментальная зависимость также лежит в основе идей Баухауса с его эстетикой функционализма.
