Кое-что 122

„Знание-сила“
Елена Щукина
Полезная вещь

Многие годы не утихают споры о природе интеллекта. Одни авторы определяют интеллект как способность решать задачи, другие — как способность узнавать новое. Согласно воззрениям Пиаже, основная функция интеллекта — это структурирование взаимодействия человека со средой. Нашей цивилизации свойственно уделять интеллекту громадное внимание, что вполне понятно: именно с помощью интеллекта человек снабдил себя горячей водой в кране и многими другими полезными и приятными вещами. Фактически в последние два века интеллект породил другую природу: для успешной жизни в этой новой, очень удобной природе необходимо обладать неким минимумом этого самого интеллекта. Что же это за сокровище, такое полезное и хорошее? Человек, познай самого себя! — у нас не догма, а руководство к действию. Если определить интеллект как способность решать задачи и поставить перед такой способностью задачу — познать природу способности решать задачи, мы получим завораживающую картину саморасчленения.

К счастью, человек — не единственный в природе вид, способный к рассудочной деятельности. Эксперименты и наблюдения над животными дают нам возможность начать изучение интеллекта с более простых случаев. Элементарные акты научения свойственны самым простым организмам. Даже моллюск аплизия, удобный объект для наблюдения простых форм высшей нервной деятельности, способен к изменению своего поведения. У насекомых существует выбор среды — жук должен определить, можно ли ему есть тот лист, на котором он сидит. „Умный“ жук с неподходящего листа переползает на подходящий, „глупый“ — погибает.

Чем более высоко организовано животное, тем больше различий в поведении между особями. Насекомые практически лишены свободы выбора, весь часто очень богатый репертуар их поведения ими унаследован. Работы классиков науки о поведении показывают, что оса не в состоянии справиться с новой для себя ситуацией. Если учёный утащил осиную личинку из норы, оса всё равно продолжает заделывать пустую норку — инстинктивная программа заботы о потомстве не может быть скорректирована извне. В таком ограничении есть большой смысл: оса слишком мала для того, чтобы позволить себе иметь большой аппарат для выработки и проверки гипотез. Из-за этого осы по своим умственным возможностям гораздо больше похожи друг на друга, чем, скажем, собаки, не говоря уже об обезьянах.

Чем выше по эволюционной лестнице, тем поведение сложнее, тем больше в нём места научению. В Англии синицы давно научились открывать молочные бутылки, вороны отбирают у младенцев печенье и используют собак в своих целях. Зимой можно наблюдать, как ворона терпеливо ждёт, пока собака выкопает из-под снега тяжёлую, но вкусную кость. Как только кость показалась на поверхности, одна ворона клюёт собаку в зад — собака оборачивается. В это время другая уносит кость в клюве на крышу мусорного бака, куда собаке не добраться.

Во всех этих примерах мы можем регистрировать действие, но не можем получить отчёт о нём из уст участников, ведь речью владеем только мы, люди. Долгое время на этом основании животным вообще отказывали в разуме, объясняя все их действия врождёнными инстинктами. Однако и у человека есть два типа памяти — процедурная и декларативная. Процедурная — это знание того, как нужно действовать. Декларативная — это способность дать ясный связный отчёт о прошлом индивидуальном опыте, чувство близкого знакомства с этим опытом. У больных с повреждением гиппокампа — особой области мозга — процедурная память сохраняется, тогда как декларативная память на недавние события оказывается полностью утраченной. Такой больной может научиться собирать головоломку „ханойская башня“, но не может об этом вспомнить и каждый раз удивляется при виде её.

В индивидуальном развитии человека процедурная память также появляется раньше декларативной. Пользоваться горшком младенцы учатся задолго до того, как начинают говорить предложениями. Обычно люди не помнят событий, случившихся с ними в младенчестве и раннем детстве, первые воспоминания появляются между двумя и тремя годами. В первые два года человек учится пользоваться своим телом, суждения ребёнка о вещах ограничиваются тем, что он может с ними сделать. Дети, начинающие ходить, могут запомнить предметы, удерживать в памяти места, где с ними происходили приятные или неприятные вещи, но дологический уровень их мышления делает их не способными, по выражению Пиаже, „к связному соотносительному рассуждению“. Недаром высшие животные в экспериментах обнаруживают уровень рассудочной деятельности, сопоставимый с уровнем 2-3-х-летнего ребёнка. Процедурная память, присущая как им, так и маленьким детям, позволяет достичь примерно одинаковых результатов.

Декларативная память появляется позже, вместе с человеческим языком. Сейчас постепенно становится общепризнанной точка зрения, что язык — это наше, человеческое врождённое свойство. Лучшее доказательство этого — наличие „критического периода“, в течение которого происходит становление человеческой речи в контакте с её носителями. Многие врождённые программы поведения требуют „настройки“ и „шлифовки“ в индивидуальном развитии. Щенки, отнятые от матери в слишком юном возрасте, часто не в состоянии нормально спариваться, если лишены игр со сверстниками — они „знают“, что нужно делать, но „не знают“, с какой стороны. Кошка учит котят приёмам охоты, хотя стремление догнать и ударить лапой у них врождённое. Точно так же младенцы всех народов лепечут, издают звуки, присущие не только их родному, но и всем человеческим языкам. Становление фонетики и грамматики родного языка происходит в контакте с его носителями, но на врождённой основе. Лишённые общения с людьми дети, возвращённые в общество после прохождения критического периода, не способны к освоению нормальной человеческой речи. Они овладевают запасом слов на уровне трёхлетнего ребёнка, а регистрация мозговой активности показывает, что их речь имеет одну особенность. В то время как в норме речь — функция левого полушария, у детей-„маугли“ её обеспечивает правое. По предположениям психолингвистов, для нормального становления функций левого полушария требуется овладение языком — если в надлежащее время этого не произошло, соответствующая область коры головного мозга может подвергнуться функциональной атрофии.

Речь, таким образом, конечно, „наше всё“. Но кроме неё у нас есть и много общего с другими животными — эмоции, процедурная память, способность к научению, и у всего этого есть биологическая основа. Кстати, вряд ли даже для речи эволюция завела какой-то совсем особенный нейрофизиологический субстрат: в соответствующих зонах коры левого полушария человека во время слушания или произнесения речи всё равно наблюдается электрическая активность, свойственная всем нервным процессам.

Естественно, человеческое сознание несводимо к физиологии. У психологии есть свой предмет — человеческая психика, а у нейробиологии свой — нервная деятельность. Как таковой общей теории человеческого интеллекта и психики пока не существует, однако кое-что для объединения психологических и биологических фактов уже делается. В первую очередь, подвергается пересмотру представление о том, что нервная клетка — нейрон — это просто проводник сигналов в ответ на раздражение.

Ещё со школы мы знаем, что нервной ткани свойственна возбудимость и проводимость. Однако большой вопрос: зачем в нервной системе столько медиаторов — веществ, необходимых клеткам для передачи сигнала с одной клетки на другую, — остаётся открытым. Действительно, если медиатор нужен клетке только для передачи сигнала на другую клетку, вполне хватит и одного такого вещества. Новая концепция предполагает, что нейрон, как и всякая клетка, — маленький организм со своими потребностями. И возбуждение нейрона — его реакция на то, что какого-нибудь медиатора клетке не хватает, что клетка не находится в равновесии со своей микросредой. Такое рассогласование нервной клетки с её микроокружением заставляет её искать пути решения проблемы, передавать электрический импульс. После того как импульс передан и достиг цели, нейрон получает нужный ему медиатор и „всем доволен“. Получается, согласно этой модели, что нейрон — „заинтересованный участник“, а не бездушный исполнитель нервного процесса. Если в течение долгого времени решить задачу не удаётся, нейрон находится в постоянном дискомсфорте и может даже погибнуть — на этом явлении, возможно, основан один из механизмов депрессии. Исследования показывают, что длительное нерезультативное поведение вызывает массовую гибель нейронов, отмечающуюся также при депрессии.

Эту гипотезу подтверждают наблюдения за электрической активностью нейронов. Оказывается, что наибольшая активность нервных клеток наблюдается не в момент выполнения некоторого действия, а непосредственно перед ним. Кролик, обученный нажимать на педаль, чтобы добыть себе пищу, демонстрирует повышение электрической активности соответствующих нейронов не в тот момент, когда он уже нажимает на педаль, а несколько раньше. Видимо, именно тогда, когда „принимает решение“.

Ещё одна новая, появившаяся в последнее время гипотеза по-новому объясняет механизм научения. Раньше считалось, что при обучении какому-либо поведению в нервной системе возникают контуры повышенной проводимости, по которым сигнал бежит с меньшим сопротивлением. В настоящее время постепенно распространяется другая точка зрения. Согласно новой концепции, при научении происходит не изменение проводимости, а появление групп совместно активирующихся нейронов. Один раз возникнув, такая группа сохраняется навсегда. „Приняв решение“ „играть в данной команде“, нейрон остаётся верен ей на всю жизнь. При обучении новому поведению либо формируется совершенно новая команда, либо какая-то из уже существующих приобретает новую функцию. Нейроны, работающие в одной команде, совершенно не обязательно находятся рядом. Главное — это их совместная активация.

Регистрация электрической активности отдельных нейронов показывает, что у разных животных при выполнении одинаковых операций активны нейроны, расположенные в различных местах. Новая теория позволяет также объяснить распределённый характер памяти. Ещё в 50-х годах XX века Карл Лэшли пытался найти в мозгу животных то место, где хранятся следы памяти — энграммы. Он потерпел поражение, найти именно то место, куда „записываются“ результаты научения, не удалось. Чтобы обойти эту трудность, его ученик Дональд Хебб создал теорию долговременной и кратковременной памяти. Он считал, что кратковременная память — это активный процесс, не оставляющий следов, а долговременная память обусловлена структурными изменениями в нервной системе. Подробнее про память мы поговорим в одном из следующих номеров, сейчас нам важнее главное свойство памяти — её распределённость. Раз образовавшись, „команда“ нейронов не исчезает. При обучении новым задачам старые „команды“ приобретают новую специализацию, возникают новые „большие трудовые коллективы“. История жизни у каждого животного и человека своя — в течение жизни у каждого индивидуума складываются свои, только ему присущие ансамбли нейронов. Вася и Петя хотя и учатся в одном 1„Б“ писать палочки, делают это по-разному, на основе разных нейронных ансамблей. Васину тетрадь трудно отличить от Петиной, обе полны кривых палочек — результат поведения одинаковый. А нейронная его основа разная, поскольку — разный жизненный опыт школьников.

Таким образом, новое поведение требует „вербовки новых членов команды“ — специализации новых нейронов. Откуда же берутся эти новые нейроны, ведь нервные клетки не размножаются? Народная мудрость права, нервные клетки не восстанавливаются. Зрелый, специализированный нейрон не может делиться — он может или продолжать жить, или умереть. К счастью, кроме специализированных нейронов, уже участвующих в каких-либо ансамблях, в мозгу полно „молчащих“, неспециализированных нервных клеток. Они не вовлечены ни в какую команду, „сидят на скамейке запасных“. Теперь нас не должно удивлять, что в мозгу гораздо больше нервных клеток, чем требуется для обеспечения существующего поведения — мало ли что в жизни будет, запас карман не тянет.

Ну и, вопреки расхожему мнению, нервные клетки размножаются. Не те, конечно, которые участвуют в обеспечении важных функций, а небольшая группа резервных клеток. Новые нейроны образуются постоянно. И у них есть выбор: или приобрести специализацию, или умереть. Приобретают специализацию нейроны при обучении новому, всё равно чему. У животных — новому поведению, у человека — новым задачам, новым навыкам. Клетка, образовавшая ансамбль с другими нейронами, продолжает жить. Не образовавшая умирает. В опытах на крысах показано, что у животных, живущих в богатой среде и постоянно обучающихся новым навыкам, вновь образовавшиеся нейроны продолжают жить и участвуют в обеспечении нового поведения. Тогда как у крыс, живущих в стандартной бедной раздражителями клетке, новые нейроны быстро умирают. Здесь действует принцип „используй или потеряешь“, „to use or to lose“. Точно так же отвечающие за речь зоны коры больших полушарий человека, не слышавшего в должном возрасте человеческого языка, подвергаются редукции. Не установив из-за недостатка стимуляции новые связи, нейроны умирают, и речь таких людей не станет взрослой никогда. В описанном Чуковским возрасте „от двух до пяти“ идёт процесс установления связей между новыми нейронами, определяющий всю последующую речь человека.

Не только обучение языкам — любая умственная работа поддерживает мозг в рабочем состоянии, обеспечивает жизнь новых нервных клеток. Американские исследования показали: чем больше люди в возрасте от 40 до 60 лет смотрят телевизор, тем выше для них риск заболеть болезнью Альцгеймера — старческим слабоумием. И вывод здесь не в том, что телевизор сводит их с ума, просто просмотр телевизора не требует вообще никакой умственной работы. И мозг, который никто не использует, постепенно деградирует. Как пишут сами авторы работы, „если вы не пользуетесь своим мозгом, то скоро забудете самые простые вещи“. Так что решайте в метро кроссворды, они гораздо эффективнее таблеток.

Более того, есть специальные нейроны, активные только в ситуациях обучения какому-либо поведению. Их даже специально назвали „нейроны новизны“: по мере того, как новое умение становится для животного привычным, активность этих нейронов исчезает. Раз есть такие нейроны, значит есть такая система, отвечающая за обучение новому, если бы её не было, другие работающие системы „растащили“ бы нейроны, которыми „никто не пользуется“. Эти нейроны активны при исследовательском поведении, которое отмечается у многих животных. Исследование — процесс как необходимый, так и сам по себе приятный для многих животных. Иначе зачем бы они играли с предметами, которые никак нельзя использовать — ни съесть их невозможно, ни испугаться их.

Чем сложнее животное, тем более развито у него исследовательское поведение. Человекообразные обезьяны на воле способны использовать не только палки, с которыми они знакомы в природе. Джейн Гудолл описывает самца шимпанзе, который возвысился в иерархии своей группы при помощи железных канистр. Шимпанзе Майкл обратил внимание на устрашающий звук, который издают две канистры, если ими стучать друг об друга. Стуча канистрами, он так перепугал своих сородичей, что они признали его главным. Так исследовательское поведение Майкла принесло ему прямую практическую пользу.

Кстати, один из тестов, применяемых для определения умственных способностей человека, как раз и состоит в том, чтобы придумать новые применения для давно знакомых предметов. Человек, который придумал, что кирпич можно использовать не только для строительства дома, но и как столик для мышек, набирает больше очков в таком тесте.

Вообще, чем сложнее поведение, тем более разной может быть его физиологическая основа. Человеческий интеллект формируется в процессе индивидуального человеческого развития. Индивидуальная история организма оставляет след в структуре его мозга, в клеточном обеспечении его функций. Различия, изначально присущие организмам от рождения, увеличиваются в процессе их жизни тем больше, чем сложнее эти организмы. Крысы более разные, чем осы, собаки больше отличаются, чем крысы, а обезьяны ещё более разные. Люди разительно отличаются друг от друга по своим умственным возможностям вплоть до того, что не понимают язык друг друга. Неудивительно, что человеческий интеллект стремится измерить такую большую разницу, приложить какую-нибудь линейку к такому большому интервалу. Не должно нас также удивлять и то обстоятельство, что линейка так плохо прилегает, уж очень криволинейный многомерный предмет мы пытаемся мерить. Лучший ответ на вопрос, „кто умнее?“ — „жизнь покажет“.
Высоко сижу, далеко гляжу — мозг всё видит

Недавнее исследование учёных из Института когнитивной неврологии при Университетском колледже Лондона было посвящено изучению механизма, с помощью которого мозг получает и хранит информацию о положении тела в пространстве. Для этого была привлечена группа добровольцев. Чтобы ввести их мозг в заблуждение, исследователи использовали метод вибрационного раздражения, вызывающий любопытные тактильные иллюзии. В частности, раздражение сухожилий, с помощью которых крепится к кости двуглавая мышца, вызывало у подопытных иллюзию локтя, уходящего в сторону от тела, хотя рука оставалась неподвижной. Если же участник эксперимента держал в этот момент свой указательный палец левой руки пальцами правой, у него развивалась иллюзия „удлиняющегося“ указательного пальца. Затем был исследован механизм „калибровки“ тактильной системы. Двумя парами металлических прутьев экспериментаторы касались пальцев и лба добровольца. Испытуемому предлагалось сравнить расстояние между концами прутьев в первом и втором случае относительно друг друга. В случае с воображаемым „удлинением“ пальцев было отмечено неправильное определение расстояния: дистанция между концами прутьев, касающихся пальцев, завышалась. Что из этого следует? Как выразился по этому поводу профессор Патрик Хаггард, „мозг вынужден постоянно комбинировать информацию, приходящую от разных органов чувств, чтобы создать непротиворечивую карту тела своего хозяина“.

Голландцы из госпиталя „Рийнстейт“ оказались первыми, кто решил серьёзно заняться воспоминаниями людей, побывавших в состоянии клинической смерти. Было отобрано 344 „воскрешённых“ пациента в возрасте от 26 до 92 лет. Три четверти из них — мужчины. Большинство было опрошено в первые пять дней после „воскрешения“, проведено также много бесед с пациентами, выведенными из комы несколько лет назад, чтобы перепроверить, насколько хорошо они помнят то, что с ними происходило. 18 процентов „воскрешённых“ смогли вообще вспомнить что-то внятное непосредственно о тех минутах, когда они вроде бы не должны были ничего ни чувствовать, ни слышать, ни видеть. Однако они именно вспоминали. Ещё 8 — 12 процентов видели некие огни, „конец тоннеля“, „разговаривали“ с умершими родственниками или близкими. Голландцы сочли, что такой статистики достаточно, чтобы по крайней мере поставить вопрос о необходимости переосмыслить многие устоявшиеся представления о человеческом сознании. Большинство учёных в настоящее время полагают, что сознание является продуктом деятельности мозга в физическом смысле. Однако как же тогда могли в какой-то мере находиться в сознании те, чей мозг не выказывал никаких признаков активности, в том числе и электрической? Клиническая смерть означает, что деятельность мозга не регистрируется никакими известными на сегодня науке приборами.

Для голландца Пима ван Ломмеля, кардиолога из госпиталя „Рийнстейт“, тут нет никаких проблем: „Сравните с телевизионной программой. Если вы вскроете телевизор, то вы же там внутри не найдёте никакой телепрограммы. Телевизор — это приёмник. Когда вы выключаете приёмник, то телевизионная программа всё равно там, внутри, только вы её не можете видеть. Так и с мозгом: когда ваш мозг выключается, то ваше сознание всё равно там, внутри, только вы не можете его почувствовать внутри вашего тела“. А посему учёные, изучающие проблемы человеческого сознания, не должны ограничиваться изучением только клетки и молекулы.