Андрей Курпатов
Машина мышления

Глава первая
Нейрофизиология даймона

Наука строится из фактов,

как дом строится из кирпичей;

но сумма фактов не есть наука,

так же как груда кирпичей не есть ещё дом.

Анри Пуанкаре

В научной литературе известная всем нам «задумчивость» без конкретного, осознаваемого повода получила название «состояние блуждания».

«Блуждание» свойственно всем. Однако у мудрецов, оно, судя по всему, может быть доведено до какого-то чрезвычайного, крайнего предела.

Благодаря знаменитому исследованию психологов Мэтью Киллингсворта и Даниэля Гилберта мы знаем, что в среднем человек проводит в «блуждании», в этой специфической «задумчивости ни о чём», почти половину своей жизни¹.

Грубо говоря, мы постоянно как бы вываливаемся из реальности и «думаем о чём-то своём».

Причём происходит это спонтанно, непреднамеренно. Просто наш мозг решает, что ему надо о чём-то подумать – осмыслить, так сказать, полученную информацию или какой-то важный вопрос, – и мы погружаемся в своего рода прострацию.

Нам ведь только кажется, что мы постоянно чем-то сознательно заняты. Это иллюзия. На самом деле многие вещи мы делаем на автомате, автопилоте и просто по привычке, что не требует от нашего мозга большой сознательной вовлечённости и концентрации внимания.

Когда же ему не надо сосредотачиваться на внешних раздражителях и задачах, он позволяет себе подумать о наших внутренних проблемах.

Для этих целей он и включает «дефолт-систему мозга», описанную в 2001 году профессором Маркусом Рейчелом из Вашингтонского университета в Сент-Луисе².

Дефолт-система мозга включает в себя медиальную префронтальную кору, заднюю поясную кору, предклинье, угловую извилину теменной доли (рис. 1).

Рис. 1. Основные зоны коры головного мозга, входящие в его дефолт-систему.

Эта базовая нейронная сеть, как мы теперь знаем, эволюционно призвана, кроме прочего, отвечать за наши социальные связи. В книге «Чертоги разума» я как раз и рассказывал о том, как мы смогли приспособить этот, изначально «социальный», функционал нашей дефолт-системы к решению разнообразных жизненных и даже глубоко абстрактных, научных задач.

Здесь же мы поговорим о том, как такое возможно, что дефолт-система, которая работает фактически на подсознательном уровне, способна производить мысли, поражающие своей здравостью, красотой и рациональностью.

С другой стороны, понять бессознательную (подсознательную, неосознанную) деятельность нашего мозга, не учитывая то, что происходит на сознательном уровне, было бы достаточно странно. Оба этих процесса тесно взаимосвязаны, и теперь мы даже знаем, как именно.

Всего существует три базовых нейронных сети, и дефолт-система мозга (или, как её ещё называют, система пассивной работы мозга) лишь одна из них, хотя и самая масштабная.

Две другие базовые нейронные сети, о которых мы ещё будем говорить в этой книге, – это «сеть выявления значимости» и «центральная исполнительная сеть»^[1].

Каждая из них отвечает за определённый, так скажем, режим работы нашего мозга.

Так, например, «сеть выявления значимости» выполняет функции мониторинга значимости сигналов. Причём она учитывает как те значимые раздражители, которые воздействуют на организм извне, так и те, что поступают из внутренней среды организма.

Проще говоря, эта базовая нейронная сеть позволяет нам ориентироваться в окружающем мире, выявляя в происходящем актуальные для нас события. Особенно эта сеть активна, если стимулы внезапны – то есть что-то вдруг резко меняется, и мы тут же, так сказать, собираемся.

Эта сеть включает в себя переднюю область островка, дорсальную переднюю поясную кору, а также три подкорковые структуры – вентральное полосатое тело, черную субстанцию и вентральную область покрышки.

«Центральная исполнительная сеть», как следует из её названия, обеспечивает когнитивный контроль деятельности человека, включая потребление сложной когнитивной информации.

Так называемая оперативная, или рабочая, память, а также «подвижный интеллект» – это как раз функция центральной исполнительной сети. Она включает в себя дорсолатеральную префронтальную кору, заднюю теменную кору в области интрапариетальной борозды.

Согласно недавним данным, центральная исполнительная сеть может быть разделена как минимум на 18 самостоятельных подобластей, каждая из которых имеет свой определённый функционал³.

Итак, у нас три «базовые нейронные сети»:

1) одна позволяет нам ориентироваться в окружающем нас пространстве и ощущать собственное внутреннее состояние (сеть выявления значимости);

2) другая отвечает за сознательную работу, принятие решений в обстоятельствах, определённых сетью выявления значимости (это центральная исполнительная сеть);

3) а где-то под капотом, так сказать, этой сознательной и осознанной деятельности скрывается наша подсознательная, соответственно, интеллектуальная работа, обусловленная дефолт-системой мозга – тот самый сократовский «даймон».

В 2010 году двое стэнфордских профессоров Винод Мелон и Лучина Уддин опубликовали в научном журнале «Функции структур мозга» исторически важную, можно сказать, статью «Важность, переключение, внимание и контроль: сетевая функция островка», где описали взаимодействие этих трёх базовых нейронных сетей⁴.

В книге «Красная таблетка – 2» я уже рассказывал, что если у нас с вами и есть некая «самость», наше личностное «я» – то это в основе своей функция островковой доли (или, как ее ещё называют, островка Рейля): маленькой, спрятавшейся между подкоркой и основными корковыми областями, такой, как я там написал, «недодоли».

Собственно, эта недодоля, как показали Мелон и Уддин, и является своего рода центральным реле – своеобразным переключением трёх базовых нейронных сетей, трёх разных режимов работы мозга:

1) активного внимания;

2) сознательной интеллектуальной деятельности

3) и подсознательного анализа.

Вот так взаимодействие этих сетей – или «теория тройной сетевой функции» – выглядит на схеме, представленной в более поздней работе чешских исследователей под руководством Терезы Нековаровой (рис. 2)⁵.

Рис. 2. Схематичное изображение отношений сети выявления значимости (salience network), центральной исполнительной сети (central executive network) и дефолт-системы мозга (default mode network).

Согласно этой модели, передняя часть островка, принадлежащая к сети выявления значимости, активизирует центральную исполнительную сеть, чтобы мы как можно быстрее пришли в активное состояние и могли принять быстрое решение.

Одновременно с этим активизация этой части островка (и, соответственно, сети выявления значимости) подавляет деятельность дефолт-системы мозга, что вполне логично, если учесть, что нам в момент ощутимых изменений ситуации нужно не «блуждать» где-то, а активно действовать.

Что ж, с этими отношениями нам и нужно прежде всего разобраться.

Перегрузка сетей

Умственная работа, ведущая к впечатлениям, предчувствиям и многим решениям, обычно происходит незаметно.

Даниэль Канеман

Оказавшись в состоянии «блуждания», мы задумываемся – то есть продумываем какие-то внутренние, актуальные для нас жизненные задачи. При этом нам самим, как правило, трудно даже сказать, о чём же именно думает в этот момент наш мозг.

Если нас спросить в этот момент: «О чём задумался?» – мы почувствуем себя неловко и даже чуть встревоженно.

Вернувшись, так сказать, в реальность, мы оглянемся по сторонам и скажем – «да ни о чём», «о разном», «о всякой ерунде».

И в самом деле, в состоянии «блуждания» до нашего сознания долетают лишь обрывки каких-то мыслей, ассоциаций и воспоминаний. Словно что-то «варится» в нас на каком-то более глубоком, подсознательном уровне, но сознанием мы ощущаем лишь «запах» с этой «кухни».

Нам может казаться, что в «блуждании» нам в голову приходят лишь какие-то случайные ассоциации, но это не так. Эта иллюзия возникает по той простой причине, что мы, а точнее наше сознание, просто не видим всей этой нашей внутренней картины целиком.

КОНКУРЕНЦИЯ БАЗОВЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

Как так получается, что мы можем не знать, о чём мы в данный момент думаем? Чтобы понять, почему так происходит, обратимся к исследованиям группы учёных из Стэнфордского университета под руководством Эшли Чен.

В специальном эксперименте с использованием транскраниальной магнитной стимуляции ими было доказано, что дефолт-система мозга является по сути антагонистом двух других базовых нейронных сетей – центральной исполнительной сети и сети выявления значимости.

В своём эксперименте Эшли Чен использовала специальную магнитную катушку, чтобы транскра-ниально (то есть не вскрывая испытуемым череп) стимулировать или подавлять активность центральной исполнительной сети и сети выявления значимости ко всему прочему (рис. 3).

Когда возникающее от устройства транскраниальной стимуляции поле активизировало области коры мозга, входящие в центральную исполнительную сеть и сеть выявления значимости, активность дефолт-системы снижалась.

И наоборот, когда активность этих же областей мозга искусственно подавлялась, дефолт-система поднимала, так сказать, голову и заставляла испытуемых «блуждать».

Как мы с вами уже знаем, центральная исполнительная сеть – это нейронная сеть сознательной, осознанной интеллектуальной активности.

То есть в норме она активизируется всякий раз, когда в мозге нет готового автоматизма, а поэтому нам приходится включиться в задачу, осознать её, целенаправленно поискать варианты её решения.

Рис. 3. В столбце А представлена теоретическая модель отношений между центральной исполнительной сетью (CEN), сетью выявления значимости (SN) и дефолт-системой мозга (DMN). В столбце В представлены результаты инструментальной активизации областей, входящих в CEN и SN. В столбце С – результат подавления (ингибирования) активности в CEN и SN областях. В нижнем ряду – D и E- представлены области мозга, активность которых изменялась и замерялась во время исследования⁶.

Если я спрошу вас: «Сколько будет дважды два?», то вы, скорее всего, на автомате ответите мне – четыре. Но если я попрошу вас: «Высчитайте, пожалуйста, квадратный корень из 35», то вы, вероятно, напряжётесь и приметесь сознательно искать решение – что такое корень, как он извлекается и т. д.

Это и есть сознательная, целенаправленная деятельность, которая обеспечивается работой центральной исполнительной сети.

Помогает ей в этом, как мы помним, сеть выявления значимости, та самая, что заставит вас осмотреться вокруг в поисках бумажки и карандаша, чтобы облегчить вам решение задачи. Впрочем, если бы не она, вы бы даже не приняли меня с моим вопросом в расчёт.

Вот что значит сети-антагонисты: в нормальных человеческих мозгах работа дефолт-системы мозга чередуется с работой центральной исполнительной сети и сети выявления значимости – вы или осознаёте какую-то конкретную задачу и решаете её сознательно, или находитесь в состоянии «блуждания», когда в вас думает ваша дефолт-система.

Когда дефолт-система забирает нас в свои «блуждания», наше сознание в каком-то смысле просто выключается. Оно словно бы смещается на периферию нашего внимания, тогда как само наше внимание смотрится куда-то в глубину нас самих.

Временами работающая там – в глубине, так сказать, – дефолт-система сообщает сознанию (центральной исполнительной сети) какие-то промежуточные результаты своей интеллектуальной деятельности, но в основном это лишь какие-то обрывки мыслей.

Однако же время от времени мы и в самом деле слышим свою дефолт-систему, когда переживаем что-то вроде «инсайта» – мы вдруг что-то предельно ясно осознаём, вдруг у нас появляется некое новое видение, прозрение.

Подобно Архимеду, мы вскрикиваем: «Эврика!» Впрочем, случается это с нами не так уж часто. Бывает, на пробежке или во время какого-нибудь нехитрого ручного труда (я, например, использую для этих целей вязание), к нам, конечно, приходят какие-то неплохие мысли-инсайты.

Впрочем, не будем сравнивать себя с Архимедом или тем же Анри Пуанкаре, под авторством которого вышло более тысячи научных работ, посвящённых топологии, теории дифференциальных уравнений, автоморфным функциям, интегральным уравнениям, неевклидовой геометрии, небесной механике, физике, теориям вероятности и чисел. Эврика на эврике!

Да, в таком сравнении наши «инсайты» выглядят, мягко говоря, бедновато. Нетрудно и комплекс неполноценности таким образом заработать…

Возможно ли, что мозг наших рассеянных, захваченных «даймоном» мудрецов работает каким-то другим, особым образом? Вы удивитесь, но это и в самом деле так.

Благодаря исследованиям команды Роджера Бети из Пенсильванского университета, опубликованным в 2014 году, стало известно, что у людей с достоверно более креативными мозгами и так называемым дивергентным мышлением^[2] отмечается странная аномалия…

Оказывается, что в их мозгах могут одновременно включаться и те области коры, которые отвечают за «дефолт-режим», и те отделы, которые отвечают за работу центральной исполнительной сети.

То есть получается, что эти мозги способны сочетать в себе и бессознательное, и целенаправленное мышление: по сути, они вынуждают своё бессознательное работать по заданию, которое ему даёт сознание.

Ну и правда, на это способны далеко не все из нас!

Большинство нормальных людей в состоянии «блуждания» страдают от «умственной жвачки» – им в голову «лезут всякие глупости», вспоминаются, словно без всякого умысла, какие-то события и ситуации.

Заставить же себя думать над какой-то сложной интеллектуальной задачей, глубоко погружаться в предмет исследования, создавать что-то по-настоящему новое и необычное – это нормальному человеку и в самом деле непросто.

То есть мозг обычных людей, как правило, живёт по каким-то своим правилам, по своему распорядку, не согласовываясь с тем, что человек, может быть, и хотел бы от своих мозгов на сознательном уровне.

Не исключено, что такой человек даже говорит себе: «Надо подумать о чём-нибудь важном и значимом!»

Но поскольку существенно повлиять на деятельность своего мозга он не может, после нескольких секунд концентрации на этом вопросе он возвращается к глупостям и иррациональностям, которые подбрасывает ему его дефолт-система, гуляющая сама по себе.

Особенно, кстати сказать, эта самовольность дефолт-системы тяжело переживается человеком, страдающим тревожным или депрессивным расстройством.

Тревожные и депрессивные мысли, как мы теперь знаем, производятся именно нашей дефолт-системой.

Психиатры используют даже такой термин – «наплыв мыслей», когда на уровне сознания (центральной исполнительной сети) человек не может сопротивляться своим депрессивным или тревожным мыслям.

Подобные мысли буквально звучат в человеке, охваченном паникой. Они возникают словно бы сами по себе – эхом работающей дефолт-системы, поражённой болезнью.

Также сами собой у пациентов с депрессиями могут возникать мысли о бессмысленности жизни, собственной никчёмности, самоубийстве.

Но психические заболевания – это не что-то волшебное, и в мозге ничего не происходит само собой и просто так. Так что в пациенте просто говорит злой «даймон» его больной дефолт-системы.

Но вернёмся от обычных людей и психических расстройств к нашим рассеянным мудрецам…

Попробуем представить себе, что случится с человеком, если его мозг отказывается быть нормальным и решает комбинировать разные режимы своей работы, которые у обычных людей работают попеременно.

Ну, как минимум его мозг напряжётся больше обычного. Посмотрите на рис. 4.

Рис. 4. Мозг в трёх разных состояниях:

1) активность дефолт-системы мозга,

2) активность центральной исполнительной сети,

3) активность мозга у испытуемых Роджера Бети⁷.

На рисунке вы видите мозг в трёх разных состояниях:

в первом случае мозг человека находится в дефолт-режиме – то есть сам человек ощущает что-то вроде блуждания по закоулкам своего внутреннего мира;

во втором случае мы видим работу центральной исполнительной сети – человек целенаправленно решает какую-то осознанную им задачу;

• наконец, третье изображение мозга взято мною как раз из упомянутой работы Роджера Бети – это мозг человека, обладающего высокой креативностью и выраженной способностью к дивергентному мышлению.

В последнем случае мы видим, прямо скажем, фантастическую активность мозга талантливого человека. Мощь его оборотов так велика, что заставляет включиться в решение задачи сразу несколько базовых систем – по крайней мере дефолт-систему и центральную исполнительную сеть.

Вполне возможно, что, засунь мы в аппарат фМРТ думающий мозг Сократа, Эйнштейна или Пуанкаре, картина была бы ещё более впечатляющей, нежели даже у очень одарённых подопытных Пенсильванского университета!

«ДУМАЙ МЕДЛЕННО» НА ОГРОМНОЙ СКОРОСТИ…

Можно ли заметить по человеку, что его мозг перешёл в этот удивительный режим высокой интеллектуальной нагрузки и начал городить такой вот креативный огород?

Давайте вспомним замечательную книгу нобелевского лауреата Даниэля Канемана «Думай медленно… Решай быстро».

В ней Канеман описывает два понятия – «Система 1» и «Система 2», которые отвечают в нас за соответственно быстрое и медленное мышление.

При этом он оговаривается, что, когда рассказывает о своих «Системах», речь не идёт о какой-то нейрофизиологии, конкретных функциях мозга и его строении – это скорее некие гипотетические, эмпирически выведенные им состояния мозга.

Но как бы там ни было, если мы посмотрим на описание физических проявлений «Системы 2», которое даёт Канеман, трудно не провести некоторых аналогий…

«Обычно идти и одновременно думать, – пишет в своей книге Даниэль Канеман, – легко и приятно, но в экстремальных ситуациях эти действия, похоже, соперничают за ограниченные ресурсы "Системы 2"».

Это подтверждается простым экспериментом. Гуляя с другом, попросите его немедленно вычислить в уме произведение 23 и 78. Он почти наверняка остановится.

Лично я во время прогулки могу думать, но не могу выполнять умственную работу, которая сильно нагружает кратковременную память. Если мне нужно построить сложную цепочку аргументов за ограниченное время, я предпочту не двигаться и при этом сидеть, а не стоять (выделено мной. – А. К.)».

О чём это нам говорит? Когда человек выполняет хоть сколько-нибудь сложную интеллектуальную работу, требующую от него активации архивной памяти, находящейся в задней части его мозга, и сознательной деятельности, которая обеспечивается лобными долями, ему фактически не хватает ресурсов на обеспечение даже полноценной двигательной активности.

Да, физически гулять – идти, бежать трусцой, катиться на велосипеде – и одновременно ментально «блуждать» – это у большинства из нас, я думаю, получается на ура.

Но стоит нам только сделать своё «блуждание» целенаправленным (что означает вовлечение в работу мозга центральной исполнительной сети) и начать продумывать какую-то серьёзную проблему, пусть даже отчасти и на подсознательном уровне, совершать сложные двигательные акты нам становится, мягко говоря, не с руки.

Впрочем, в этом нет ничего удивительного, поскольку за функцию движения в головном мозге человека в той или иной степени отвечают почти две трети нейронов. Поэтому двигательная активность, особенно нетривиальная, сама по себе вовлекает в работу значительные области мозга.

А тут ещё две, в норме – конкурирующие друг с другом, базовые нейронные сети подключаются: дефолт-система мозга и центральная исполнительная сеть. Конечно, мозгу приходится выбирать, на что потратить свои силы. В конце концов, он же биологический объект, а не какой-то там суперкомпьютер.

Разве не бывало у вас такого, что вы, думая о чём-то как бы подсознательно, отправляетесь в соседнюю комнату или на кухню и понимаете вдруг, что не помните, зачем сюда пришли?

Уверен, нечто подобное случалось с каждым. И вот механика этого «забывания».

Ваша дефолт-система крутит какую-то сложную для вас задачу или проблемную ситуацию. Актуальность задачи заставляет мозг максимально возбудить огромную нейронную сеть для её просчёта. Но вдруг включается, прорывается в сознание какая-то сторонняя мысль – что надо, например, пойти на кухню и включить чайник.

Однако само ваше движение на кухню съедает тот резерв интеллектуальной деятельности вашего мозга, который только что использовался сознанием.

В результате вы пришли на кухню, продолжая думать на подсознательном уровне о том, что по той или иной причине сильно заботит ваш мозг, оглядываетесь по сторонам, включаете центральную исполнительную сеть, а она и сама уже не в курсе!

Ну ничего удивительного – ведь её же так резко вырубили включением соответствующих двигательных зон мозга, необходимых для перемещения в квартире. Так что сознательная задача просто вывалились из оперативной памяти, которая к этому моменту и так уже была перегружена.