Чувство самосознания и роль мозга в создании личности

Игорь Рудан [1]
11 августа · 12 минут чтения

Тот факт, что мы являемся набором из множества клеток, принимающих очень специфическую форму и наделенных большим многообразием функций, еще не означает, что весь этот биологический кластер должен обладать самосознанием. В действительности, мы не только скопление собственных клеток. В нашем организме находятся триллионы бактериальных клеточных соединений.

Таким образом, мы напоминаем «мешок» различных клеток — как собственных, так и чужеродных, — которые удерживаются вместе сложными механизмами нашей иммунной системы. Почему же тогда мы думаем о себе как о едином, уникальном существе? Очевидно, что мы осознаем собственное существование как индивидуальной личности. Более того, мы родились со способностью помнить все, что происходило с нами с течением времени. И наше сознание, и наша память коренятся где-то в сети клеток нашей нервной системы.

Мозг — это самосознание

Важность мозга для нашего самосознания иллюстрируется простым примером. При различных неблагоприятных обстоятельствах люди могут остаться без конечностей. Из-за травмы или болезни у них могут удалить селезенку, почку, легкое, большую часть кишечника. Им также могут заменить сердце, печень, почку или другие органы с помощью трансплантата.

Ясно, что мы можем остаться без многих частей тела, что подразумевает отсутствие миллиардов клеток, которые которые были задействованы в этих органах. Однако мы по-прежнему сохраняем своё самосознание как единое существо. Единственная часть нашего тела, которую мы действительно не можем удалить, если мы все еще хотим чувствовать осознанность, — это мозг.

Мы до сих пор не знаем, как восстанавливать повреждения в головном мозге или любое нарушение в спинном мозге или нервах. Важно отметить, что мы поняли точную функцию других органов нашего тела по их клеточной структуре. Все, что происходит в других наших органах, напоминает очень элегантно сконструированную биологическую машину. Но мы не можем понять функции мозга таким же образом. Природа мыслей, сознания и их материальная основа остаются неуловимыми для науки, по крайней мере, на данный момент.

Иллюстрация превосходства искусственного интеллекта

В своем шедевре 1968 года «2001: Космическая одиссея», Стэнли Кубрик дальновидно указал на проблему. Если бы человечество продолжало разрабатывать все более сложные технологии, но без твердого понимания того, что такое сознание и как оно возникает, трудно было бы предсказать, к чему это может привести. Кубрик и Артур Кларк, ведущий писатель-фантаст того времени, вместе написали сценарий. На пятьдесят лет раньше своего времени они предвидели проблему, которая сегодня занимает многих ученых: можем ли мы продолжать разработку компьютеров и искусственного интеллекта при отсутствии достаточного понимания материальной основы сознания?

В культовом фильме Кубрика космическим кораблем управляет компьютер по имени HAL 9000. Он должен был быть непредвзятым, но во время путешествия начинает проявлять признаки собственного сознания. В итоге, он перестает подчиняться приказам людей. Компьютер начал проявлять эмоции — например, страх быть выключенным. Эта интересная история, которая в 1968 году казалась чистой фантастикой, сегодня вызывает неподдельный интерес у многих ученых.

Илон Маск, основатель и владелец SpaceX и Tesla, Питер Норвиг, директор по исследованиям Google, недавно скончавшийся физик Стивен Хокинг, а также основатели компаний, занимающихся искусственным интеллектом — DeepMind и Vicarious и ещё около 150 ученых — в январе 2015 года подписали открытое письмо, в котором совместно предупреждали общество об опасности разработки чего-то, что потенциально настолько мощно и превосходит людей и над чем мы можем потерять контроль.

Самосознание искусственного интеллекта

В основе страха перед искусственным интеллектом лежит то, что сегодняшняя наука до сих пор не понимает, что такое сознание, как оно возникает и как мы вообще можем его правильно изучать. В природе существует множество так называемых «эмерджентных явлений», которые возникают спонтанно, когда нечто, лежащее в их основе, становится достаточно сложным. Например на большом пшеничном поле, благодаря большому количеству колосьев, начнут возникать ветровые волны. Точно так же стаи птиц будут создавать в воздухе красивые волнообразные фигуры.

Сегодня некоторых ученых беспокоит то, что сознание также может быть эмерджентным явлением — следствием большого количества наших нейронов, их взаимосвязей и электрических импульсов в мозгу. Если это правда, тогда все более сложные современные компьютеры, поддерживающие искусственный интеллект, могут в какой-то момент также обрести осознание и отменить свое подчинение нам, их создателям.

Иллюстрация эмерджентности

Искусственный интеллект уже доказал свое превосходство над человеческим интеллектом на многих уровнях, поэтому такое развитие событий может оказаться катастрофическим для человечества. Поэтому для современной науки представляет большой интерес как можно скорее проникнуть в материальные основы сознания.

В последние годы было опубликовано несколько интересных исследований с этой целью. Были примеры пациентов с так называемыми повреждениями мозгового ствола. Ствол головного мозга — это часть нервной системы, которая соединяет головной мозг со спинным. И, возможно, скрывает секрет состояния бодрствования организма. Одни больные с травмами мозгового ствола находятся в полном бессознательном состоянии, в глубокой коме, другим удается сохранить сознание, несмотря на травмы. При углубленном сканировании их повреждений ученые связывают сохранение функции отделов ствола мозга с сохранением сознания, а поврежденные участки — с коматозным состоянием.

Откуда берется собственное осознание себя как личности?

Таким образом они пытаются обнаружить, «где» самосознание физически укоренено в нервной системе. Но сознание нелегко определить, хотя мы все интуитивно знаем, что это значит. А именно, это не только состояние настороженности и реакции на внешние раздражители, но и включает в себя впечатление собственного уникального существования. Откуда такое впечатление?

Остается и другой вопрос — как и почему «включается» и «выключается» сознание, когда мы просыпаемся и спим, и как можно вывести из полноценного сна весь мозг в долю времени, учитывая всю его структурную сложность? Один из возможных ответов заключается в недавнем открытии гигантских нейронов, которые возникают из так называемой «клауструмы», области мозга, где концентрация различных путей и соединений наибольшая и считается, возможно, самым важным интегратором сигналов в мозге. Эти гигантские нейроны обвиваются вокруг всего мозга, как «терновый венец».

Они взаимодействуют со всеми внешними поверхностями мозга, т. е. везде, где находится серое вещество. Следовательно, эти нейроны могли каким-то образом «включать» и «выключать» весь мозг. Но зачем вообще нужно включать и выключать сознание и какова его материальная, т. е. биологическая, физико-химическая основа? Это те вопросы, о которых мы еще очень мало знаем.

Мы можем только надеяться, что наше понимание этого вопроса значительно расширится в ближайшие годы. Это должно помочь нам предотвратить или, по крайней мере, научиться контролировать развитие сознания во все более сложных компьютерах, которые мы разрабатываем.

А пока мы можем, по крайней мере, попытаться вспомнить некоторые из наиболее значительных открытий и прорывов, сделанных до сих пор в области исследования нервной системы. Несмотря на непрерывный прогресс, все же было бы неуместно утверждать, что мы достаточно хорошо понимаем, как работает нервная система и дает нам ощущение существования и уникальности всего нашего организма, состоящего из стольких крошечных частей.

Открытия  Камилло Гольджи и Сантьяго Рамона-и-Кахаля

Начнем с того, что вспомним двух настоящих гигантов — итальянского ученого Камилло Гольджи и его испанского коллеги Сантьяго Рамона-и-Кахаля, — получивших Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1906 году. В предыдущем, 19 веке, ученые научились окрашивать ткани, чтобы их можно было лучше рассмотреть под микроскопом. Гольджи обнаружил, что клетки нервной ткани, нейроны, можно окрашивать нитратом серебра. Это привело к первому значительному пониманию структуры и функции нервной системы.

Камилло Гольджи (слева) и Сантьяго Рамон-и-Кахаль

Гольджи считал, что все нервные клетки в организме образуют непрерывную сеть и что все они физически взаимосвязаны в этой сети. Рамон-и-Кахаль не согласился, хотя он также использовал метод окрашивания нейронов Гольджи. Он доказал, что каждая нервная клетка совершенно независима от других. Он понял, что отдельные нейроны не принадлежат к единой большой физической сети. Вместо этого импульсы, передаваемые по нервам, проходят через так называемые синапсы, т. е. места сообщения обособленных друг от друга нервных клеток.

Нобелевские лауреаты Чарльз Скотт Шеррингтон и Эдгар Дуглас Эдриан

Затем потребовалось более четверти века для очередной Нобелевской премии в этой области. В 1932 году она была вручена английским нейрофизиологам сэру Чарльзу Скотту Шеррингтону и барону Эдгару Дугласу Адриану. В то время они уже достаточно хорошо понимали, что функциями нашего тела управляет нервная система, состоящая из множества нервных клеток, т. е. нейронов и их отростков. Они также знали, что нейроны формируют систему связей между ними и что они соединяют головной мозг, спинной мозг и остальную часть тела.

Стимуляция нервных клеток может в некоторых случаях привести к мышечному движению без какого-либо влияния нашей воли. Это необычно, потому что те же мышцы обычно находятся под нашим непосредственным контролем. Вот почему мы называем такие неконтролируемые мышечные движения «рефлексами». Шеррингтон показал, как за сокращением мышц следует расслабление, и что мышечные рефлексы являются лишь частью гораздо более сложной системы.

В этой системе спинной и головной мозг обрабатывают поступающие к ним импульсы. Затем они могут преобразовывать их в новые импульсы без роли произвольного компонента и посылать эти импульсы в мышцы и органы.

Граффити с изображением мозга

Заслуга Адриана основана на понимании сигналов в нервной системе, которые передаются очень слабыми электрическими токами. Адриан смог разработать методы измерения электрических сигналов в нервной системе. Он понял, что электрический ток в нейронных связях, а также сигналы, проходящие через них, всегда имеют одинаковую силу. Поэтому, как ни странно, то, как мы воспринимаем стимул из окружающей среды как более сильный или слабый, не зависит от силы этого тока. Это будет зависеть от частоты отправки этих электрических сигналов и количества нервных окончаний, через которые эти сигналы передаются.

Исследования передачи нервных импульсов

В 1936 году английский физиолог сэр Генри Халлетт Дейл и немецкий фармаколог Отто Леви были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытия, связанные с химической передачей нервных импульсов. Благодаря своим предшественникам они знали, что нервные сигналы передаются электрическими импульсами. Однако было неясно, играют ли химические процессы также важную роль в передаче сигналов нервной системой.

Дейл обнаружил, что ацетилхолин стимулирует часть нервной системы, называемую парасимпатической, которая успокаивает сердечную деятельность и другие процессы. Леви продемонстрировал, что ацетилхолин является важным посредником между нервами и органами в точках их физического контакта. Он доказал это, стимулируя сердце лягушки электрическими и химическими раздражителями.

Открытия в области нейрофизиологи. Лауреаты Джозеф Эрлангер и Герберт Спенсер Гассер

За этими значительными прорывами последовало еще одно открытие, благодаря которому американские нейрофизиологи Джозеф Эрлангер и Герберт Спенсер Гассер также получили Нобелевскую премию в 1944 году. Они очень тщательно изучили характеристики и распределение нервных ветвей по всему телу. На основании этого они разделили нервные волокна на два разных типа, отличающихся толщиной, и показали, что более толстые нервы проводят импульсы значительно быстрее, чем очень тонкие.

После важного прогресса в этой области науки снова наступило некоторое затишье, продолжавшееся еще четверть века. Затем последовал этап признания за открытия так называемых «нейромедиаторов». Это были химические вещества, важные для передачи информации в нервной системе и ее правильного функционирования.

В 1970 году немецко-австралийский врач сэр Бернард Кац, шведский физиолог Ульф фон Эйлер и американский биохимик Юлиус Аксельрод были награждены за открытие нескольких ключевых нейромедиаторов в нервной системе, а также механизмов их хранения, высвобождения и подавления. Многочисленные нейроны имеют свои отростки — нервные волокна. Сигналы проходят по этим волокнам благодаря очень слабым электрическим импульсам, а также благодаря так называемым сигнальным веществам — нейромедиаторам.

Иллюстрация нейромедиатора

Кац исследовал, как импульсы от нейронов активируют мышцы, измеряя разницу в электрических напряжениях. Это привело его к демонстрации того, как нейромедиатор ацетилхолин высвобождается из синапсов. Ульф фон Эйлер открыл нейромедиатор норэпинефрин, который играет очень важную роль в передаче импульсов для выбора борьбы или бегства. Он показал, как норадреналин создается и хранится внутри пузыря, а также как он посылает сигнал от одного нейрона к другому через синапсы.

Изучение норадреналина

Их коллега Аксельрод, с другой стороны, изучал норадреналин, сигнальное вещество, стимулирующее повышенную активность в случае агрессии или опасности. Он показал, что избыток норадреналина высвобождается в кровь в ответ на сигналы от нервов. Затем он снова возвращается в хранилище.

Открытие дофамина

На рубеже тысячелетий, в 2000 году, шведский нейрофармаколог Арвид Карлссон, американский нейробиолог Пол Грингард и американо-австрийский нейробиолог Эрик Кандель были награждены за дальнейшие открытия нейромедиаторов в нервной системе. Карлссон открыл дофамин в мозге и его роль в способности человека двигаться.

Это объяснило симптомы болезни Паркинсона и позволило разработать новые стратегии лечения. Грингард разъяснил, как функционируют сигнальные вещества в нервной системе, показав, как они сначала воздействуют на специфический рецептор на поверхности клетки.

Самосознание. Женщина идет по полю под зонтом

Затем молекулы белка изменяются путем добавления или вычитания фосфатных групп. Это механизм регуляции многих функций внутри клетки. Кандел исследовал, как хранится память. Изучая морских улиток, у которых очень простая нервная система, он понял, что улитки все еще могут учиться. Это происходит потому, что химические сигналы изменяют структуру связей между нервными клетками, т. е. синапсов.

Основываясь на этом важном открытии, он продолжил демонстрировать, как краткосрочные и долгосрочные воспоминания могут формироваться с помощью различных сигналов. Этот механизм является общим для всех обучающихся существ, от морской улитки до человека.

Все эти открытия помогли нам лучше понять некоторые из наиболее фундаментальных принципов и механизмов функционирования нервной системы в организме, а также ее взаимодействие с органами. Однако то, как функционирует сам мозг, остается загадкой. Швейцарский физиолог Вальтер Рудольф Гесс был удостоен Нобелевской премии в 1949 году за открытие функциональной организации среднего мозга, так называемого «промежуточного мозга», как координатора деятельности внутренних органов.

В своих экспериментах он вводил очень тонкую металлическую проволоку в разные части среднего мозга анестезированной кошки. Когда кот просыпался, он мог побуждать его к различным действиям с помощью очень слабых электрических импульсов. При этом он наблюдал не только простые реакции, но и довольно сложные формы поведения, в том числе оборонительное или агрессивное поведение.

Роли полушарий головного мозга

Американский нейрофизиолог Роджер Сперри, получивший Нобелевскую премию в 1981 году, также сделал значительное открытие, связанное с работой мозга. Он знал, что в мозге людей и животных есть два полушария с несколько разными ролями. Сперри стремился понять роль каждого полушария, исследуя пациентов, у которых были преднамеренно повреждены нервы, соединяющие два полушария мозга. В то время повреждение этих нервов было одной из форм лечения тяжелых эпилептических припадков.

Благодаря своим наблюдениям Сперри понял, что левое полушарие больше занято абстрактным и аналитическим мышлением, арифметикой, языковым выражением и изучением языка. Правое полушарие более важно для навигации в пространстве, а также для понимания сложных звуков и сообщений, таких как музыка.

В 21 веке мы с каждым годом все лучше понимаем, как работает мозг. Пожалуй, самый амбициозный проект Еврокомиссии стоимостью в миллиард евро был удостоен награды за создание компьютерной модели части коры головного мозга. Ожидалось, что она смоделирует, как работает множество связей между всеми этими нейронами и что они на самом деле делают. В то же время появляются новые теории сознания, для которых еще предстоит разработать метод экспериментальной проверки. Тем не менее, в отличие от очень значительных успехов в понимании функций всех других наших органов и систем, мы все еще весьма далеки от правильного понимания того, как работает человеческий мозг. Вот почему разумно ожидать, что по крайней мере некоторые из Нобелевских премий 21-го века будут по-прежнему присуждаться за значительные прорывы в этой области.

Автор статьи

  1. Профессор Игорь Рудан является президентом Международного общества глобального здравоохранения, соредактором «Журнала глобального здравоохранения», совмещает должности в Центре глобального здравоохранения и Сотрудничающего центра ВОЗ при Эдинбургском университете, Великобритания.

Читайте также: