Czytaj książkę: «Странный порядок вещей», strona 5

Нервная система

Когда в ходе эволюции возникают нервные системы? Есть убедительное предположение, что это произошло в докембрии, завершившемся 540–600 млн лет назад, – безусловно, давно, но не так уж давно, если сравнивать с возрастом первой жизни. Жизнь, даже многоклеточная, обходилась без нервных систем около 3 млрд лет. Необходимо задуматься об этой хронологии, прежде чем отвечать на вопрос о том, когда восприятие, интеллект, социальность и эмоции впервые вышли на мировую арену.

Если смотреть из сегодняшнего дня, то появление нервной системы позволило сложным многоклеточным организмам лучше управлять гомеостазом в масштабах всего организма и, таким образом, открыло им новые физические и функциональные возможности. Нервная система возникла как “обслуживающий персонал” остального организма – точнее, тела, – а не наоборот. Можно утверждать, что до определенной степени она остается таковым и поныне.

Нервная система обладает рядом отличительных признаков. Важнейший из них связан с клетками, преимущественно определяющими ее: с нейронами. Они возбудимы. Это значит, что когда нейрон становится “активным”, он способен давать электрический разряд, идущий от тела клетки к аксону (волокну, отходящему от тела клетки) и, в свою очередь, вызывающий высвобождение молекул вещества, называемого нейромедиатором, в том месте, где один нейрон контактирует либо с другим нейроном, либо с мышечной клеткой. В этом месте, которое называется синапсом, выделившийся нейромедиатор активирует следующую клетку, будь то другой нейрон или мышечная клетка. В организме не так много типов клеток, способных использовать электрохимический процесс, чтобы активировать другую клетку. Типичные примеры – нейроны, мышечные клетки и некоторые сенсорные клетки⁴. Можно рассматривать эту способность как кульминацию биоэлектрического сигналинга, начало которому положили скромные одноклеточные организмы типа бактерий⁵.

Еще одна особенность, определяющая уникальность нервной системы, обусловлена тем, что нервные волокна, аксоны, идущие от тела нейрона, заканчиваются чуть ли не в каждом уголке тела – в каждом отдельно взятом внутреннем органе, в кровеносных сосудах, мышцах, коже и так далее, нередко отходя от расположенного в центральной нервной системе тела клетки очень далеко. Однако эти отдаленные нервные окончания обеспечены должной обратной связью. В нервной системе, какой ее создала эволюция, имеются нервные волокна, идущие в обратном направлении, от бесчисленных частей тела к центральному элементу нервной системы, в случае человека – к мозгу. Задача волокон, идущих от центральной нервной системы к периферии, – это, по сути, инициирование определенных действий, таких как выделение химического вещества или сокращения мышцы. Подумайте, насколько важны эти действия: доставляя секретируемую молекулу на периферию, нервная система изменяет работу тканей, получающих ее; сокращая мышцу, нервная система порождает движение.

Между тем волокна, идущие в противоположном направлении, от внутренних органов к мозгу, выполняют работу, известную как интероцепция (или висцероцепция, от viscera – “внутренние органы”). В чем цель такой работы? Если вкратце, это контроль состояния жизни: важная работа, включающая в себя отслеживание и донесение информации, цель которой – сообщать мозгу о том, что происходит в остальном организме, дабы он при необходимости смог вмешаться⁶.

В связи с этим нужно отметить некоторые детали. Во-первых, контролирующая функция интероцепции наследует более ранней и примитивной системе, позволяющей химическим веществам, циркулирующим в крови, воздействовать непосредственно на центральные и периферические нервные структуры. Этот древний путь химической интероцепции информирует нервную систему о том, что происходит в самом теле. Безусловно, этот древний путь обладает обратной связью, в том смысле, что химические вещества, выделяемые нервной системой, попадают в кровоток и могут влиять на те или иные аспекты метаболизма.

Во-вторых, у наделенных сознанием существ, вроде нас с вами, первый уровень висцероцептивных сигналов проходит ниже уровня сознания и корректирующие ответы, которые дает мозг на базе бессознательного контроля, по большей части не обдумываются сознательно. В конечном итоге, как мы увидим, эта контролирующая функция обеспечивает осознаваемые чувства и достигает разума субъекта. Только за этим порогом осознанное размышление может оказывать влияние на функционирование контролирующих систем, хотя в них все еще играет важную роль бессознательный процесс.

В-третьих, масштабный надзор за функциями организма – это полезное изобретение, способствующее адекватному гомеостазу у сложных многоклеточных организмов, – являет собой естественного предшественника технологий Big Data (“большие данные”), изобретением которых люди столь беззастенчиво гордятся. Такой надзор полезен в двух отношениях: получение непосредственной информации о состоянии тела и, соответственно, оценка и предсказание будущих состояний⁷. Вот еще один пример странного порядка, в котором возникали биологические феномены в истории живого.

Итак, мозг воздействует на тело, посылая специфические химические вещества либо в конкретную область тела, либо в кровоток, который впоследствии доставляет эти вещества в различные участки тела. Мозг может и более буквально воздействовать на тело, активируя его мышцы, – как те мышцы, которыми мы пользуемся при произвольном движении (мы можем принять решение пройтись, пробежаться или выпить чашечку кофе), так и мышцы, которые приводятся в действие по необходимости без волевого усилия с нашей стороны. Например, если вы обезвожены и ваше кровяное давление падает, мозг приказывает гладкой мускулатуре в стенках кровеносных сосудов сократиться и таким образом повысить давление. Аналогичным образом гладкие мышцы вашей пищеварительной системы действуют самостоятельно, осуществляя переваривание пищи и усвоение питательных веществ без всякого вмешательства с вашей стороны. Мозг выполняет гомеостатическую стабилизацию в интересах всего организма, и нам это приносит пользу без всяких усилий. Чуть более сложный уровень непроизвольного движения задействован, когда мы спонтанно улыбаемся, смеемся, зеваем, дышим или икаем: это непроизвольные действия, требующие участия поперечнополосатой мускулатуры. Сердце – хитроумно и непроизвольно управляемая поперечнополосатая мышца.

Начало нервной системы было не таким сложным; более того, оно было довольно скромным. Она в буквальном смысле состояла из нервных сетей, ретикулума (от латинского rete “сеть”). Древние нервные сети действительно напоминают структуру “ретикулярных образований”, которые и в наши дни можно найти в спинном мозге и стволе мозга многих видов, включая человека. В этих простых нервных системах нет четкого различия между “центральной” и “периферической” составляющими. Они состоят из сети нейронов, пересекающей тело во всех направлениях⁸.

Нервные сети впервые появляются у животных наподобие книдарий в докембрийский период. Их “нервы” развиваются из внешнего клеточного слоя тела, эктодермы, и распределение этих “нервов” помогает выполнять простые варианты некоторых главных функций, которые намного позже в ходе эволюции станут выполнять – и выполняют до сих пор – сложные нервные системы. Более поверхностные нервы служат элементарным перцептивным целям; их стимулирует внешняя среда организма. Они воспринимают то, что находится вокруг. Другие нервы могут быть задействованы в движении организма, в ответ, например, на внешний стимул. Это упрощенная локомоция – как, к примеру, плавание у гидр. Еще одна группа нервов заботится о регулировании внутренней среды организма. В случае с гидрами, которыми всецело правит пищеварительная система, нервные сети заботятся обо всей последовательности пищеварительных операций: о поглощении воды с питательными веществами, о переваривании и о выведении отходов. Секрет этих операций – в перистальтике. Нервная сеть обеспечивает доставку пищи, активируя последовательные мышечные сокращения вдоль пищеварительной трубки и порождая перистальтические волны, не так уж, если подумать, отличающиеся от наших собственных. Любопытно, что губки, когда-то считавшиеся вообще лишенными нервной системы, демонстрируют еще более простые приспособления, управляющие диаметром трубчатых полостей их тела все с той же целью: поспособствовать притоку воды с питательными веществами и выведению воды с отходами. Иными словами, губки расслабляются и открываются либо сокращаются и закрываются. Сокращаясь, они, так сказать, “кашляют” или “срыгивают”.

Примечательно в данном контексте то, что энтеральная нервная система – сложное сплетение нервов в нашем желудочно-кишечном тракте – настолько напоминает древние сетевые нервные структуры. Это одна из причин, по которым я подозреваю, что энтеральная нервная система на самом деле была “первым”, а не “вторым” мозгом, как ее часто называют.

Понадобились еще миллионы лет – кембрийский взрыв и последующие эпохи, – чтобы развились более сложные нервные системы неисчислимых видов, увенчавшиеся в конце концов чрезвычайно сложными нервными системами приматов, в особенности человека. Хотя нервная сеть гидры может координировать множество операций и уравновешивать гомеостатические потребности с условиями внешней среды, ее способности ограничены. Она разве что ощущает присутствие определенных стимулов окружающей среды и запускает кое-какие подходящие реакции. Сенсорные способности гидры – это в лучшем случае нечто вроде осязания для бедных. Самое оптимистическое описание нервных сетей следующее: они дают лишь простейшее восприятие. Кроме того, сети осуществляют регулирование внутренней среды (автономная нервная система для начинающих), руководят локомоцией и координируют все эти функции.

Не менее важно понимать, чего не могут нервные сети. Их сенсорное восприятие позволяет осуществлять полезные и почти мгновенные реакции. Нейроны, которые чувствуют и действуют, изменяются под влиянием собственной активности и таким образом чему-то обучаются в связи с событиями, в которых участвуют, но в своем повседневном существовании соответствующий организм сохраняет мало знаний – то есть его память ограничена. Восприятие его также примитивно. Строение нервной сети простое, и в ней нет ничего, позволяющего осуществить картирование определяющих аспектов стимула – формы или текстуры, – или его значения для организма. Структура нервных сетей не позволяет им создавать репрезентацию конфигурации объекта, до которого животное дотронулось. У них, повторяю, нет способности к картированию, и это также означает, что нервные сети не могут порождать образы, которые в конечном итоге составят психику, или разум, столь распространенный у сложных нервных систем. Отсутствие картирования и способности к формированию образов подразумевает другие фатальные последствия: в отсутствие разума не может зародиться сознание, не говоря уже о гораздо более фундаментальном, совершенно особом классе процессов, именуемых чувствами, которые состоят из образов, тесно переплетенных с работой тела. Иными словами, с моей точки зрения и в широком техническом смысле терминов, сознание и чувства зависят от наличия разума. Эволюции пришлось подождать более сложных нервных систем, чтобы мозг получил способность к тонким мультисенсорным восприятиям, основанным на картировании множества свойств. Только тогда, как мне представляется, открылся путь к созданию образов и развитию разума⁹.

Почему создание образов настолько важно? Что в действительности стало возможным благодаря созданию образов? Наличие образов означает, что каждый организм может создавать внутренние репрезентации на основе непрерывных сенсорных данных как о внешних, так и о внутренних событиях. Эти репрезентации, порождаемые внутри нервной системы организма, но при участии непосредственно тела, изменили для конкретного организма, в котором протекают подобные процессы, буквально все. Такие репрезентации, доступные только этому конкретному организму, позволили, например, точно управлять движением конечности или всего тела. Движения, руководимые образами – зрительными, слуховыми или тактильными, – были полезнее для организма, они с большей вероятностью давали выгодные результаты. Соответственно, улучшился гомеостаз, а с ним шансы на выживание.

Коротко говоря, образы оказались полезны, даже если организм не осознавал образы, формирующиеся внутри него. Этот организм еще не был способен к субъективности и не мог исследовать образы в собственном разуме, но тем не менее они (образы) могли автоматически руководить выполнением движения; движение становилось более точным относительно цели и скорее успешным, чем безуспешным.

По мере своего развития нервные системы приобрели развитую сеть периферических окончаний – периферических нервов, расходящихся в каждую часть внутренности тела и во всю его поверхность, а также специализированные сенсорные органы для зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса.

Вдобавок нервная система приобрела сложное скопление центральных механизмов обработки информации в центральной нервной системе, которое принято называть мозгом¹⁰. Туда входят (1) спинной мозг; (2) ствол мозга и тесно связанный с ним гипоталамус; (3) мозжечок; (4) ряд крупных ядер, расположенных выше ствола мозга – в таламусе, базальных ядрах и базальном переднем мозге; и (5) кора мозга, самый поздний и изощренный компонент этой системы. Эти центральные компоненты нервной системы отвечают за обучение и хранение в памяти всевозможных сигналов и осуществляют интеграцию этих сигналов; они координируют выполнение сложных реакций на внутренние состояния и входящие стимулы – важнейшая работа, которая вовлекает влечения, мотивации и сами эмоции; еще они управляют процессом обработки образов, известным также как мышление, воображение, рассуждение и принятие решений. Наконец, они осуществляют преобразование образов и их последовательностей в символы и в конечном итоге в речь – кодовые звуки и жесты, комбинации которых могут означать любой объект, качество или действие и соединение которых подчиняется набору правил, именуемых грамматикой. Обладая языком, организмы способны порождать непрерывный перевод невербальных элементов в вербальные и строить двустороннее повествование об этих элементах.

Особо следует отметить распределение главных функций, которое организуется и координируется различными составляющими мозга. Так, ряд ядер в стволе мозга, гипоталамусе и переднем мозге отвечает за виды поведения, о которых я говорил выше: это влечения, мотивации и эмоции, помогающие мозгу реагировать на разнообразные внутренние и внешние условия предзаданными программами действий (например, выделением определенных веществ, физическими движениями и т. д.).

Другое важное распределение касается выполнения движений и обучения двигательным последовательностям. Здесь главную роль играют мозжечок, базальные ядра и сенсомоторная кора. Есть также ключевые области, отвечающие за обучение и воспроизведение основанной на образах памяти о фактах и событиях, – главные звезды тут взаимосвязанные сети гиппокампа и коры. Еще одна область позволяет конструировать вербальные описания всех невербальных образов, которые мозг порождает и выстраивает в поток нарратива.

Именно такой нервной системе с богатым аппаратом и богатыми возможностями в конечном итоге делегируется способность чувствовать – в качестве ценнейшего приза за достижения в области картирования внутренних состояний и перевода их в образы. И именно таким организмам, картирующим и порождающим образы, будет приписан сомнительный дар сознания.

Прославленные возможности человеческого разума – способность подробно запоминать, глубоко чувствовать, переводить любой образ и отношения между образами в словесные коды и порождать всевозможные осмысленные реакции – могут появиться только на позднем этапе этой истории многочисленных и параллельных приобретений нервной системы.

Справедливо будет сказать, что о нервной системе в целом нам известно немало и что главные функции многих ее составляющих, которые я только что перечислил, в основном выяснены. Но ясно также, что многочисленные подробности работы микроскопических и макроскопических сетей нейронов пока неизвестны и что представления о функциональной интеграции анатомических областей еще неполны. Например, поскольку нейроны могут быть только активными или неактивными, их работа подчиняется описанию в терминах двоичного кода – нулей или единиц. Это ключевое представление, стоящее за идеей мозга как компьютера¹¹. Но нейронные операции на уровне микросетей демонстрируют неожиданную сложность, которая идет вразрез с этой упрощенной картиной. Скажем, при определенных обстоятельствах нейроны могут передавать информацию другим нейронам напрямую, минуя синапсы; нейроны и вспомогательная глия также активно взаимодействуют¹². Результатом подобных нетипичных контактов становится модуляция сетей нейронов. Их действие больше не подчиняется простой схеме “включить/выключить” и не может описываться простой цифровой моделью. Более того, до конца не ясны отношения между мозгом и телом, в котором находится мозг. Однако именно эти отношения – ключ к полному объяснению того, как мы чувствуем, как создается сознание и как наш разум участвует в осмысленном творчестве, то есть к аспектам функций мозга, наиболее значимых для того, чтобы объяснить нашу человеческую природу.

Помимо рассмотрения этих вопросов я считаю важным поместить нервную систему человека в соответствующую историческую перспективу. Эта перспектива требует признания следующих фактов:

1. без появления нервной системы была бы невозможна жизнь сложных многоклеточных организмов; нервная система – “обслуга” гомеостаза в масштабах всего организма, хотя ее клетки также зависят от того же самого гомеостатического процесса в том, что касается их выживания; эта интегрированная взаимосвязь часто упускается из виду в дискуссиях о поведении и познании;

2. нервная система – часть организма, которому она служит, а именно – часть его тела, тесно взаимодействующая с этим телом; эти взаимодействия совершенно иной природы, чем взаимодействия нервной системы с окружающей средой; специфику этих особых отношений также обычно упускают из виду; об этом важном предмете я еще скажу во второй части;

3. необычайный факт возникновения нервной системы открыл дорогу нейронно опосредованному гомеостазу – в дополнение к химическому/висцеральному гомеостазу; позднее, после появления сознающего разума, способного на чувства и творческий интеллект, открылась дорога к зарождению – в социальном и культурном пространстве – сложных реакций, изначально обусловленных гомеостазом, но затем переросших гомеостатические потребности и приобретших сравнительную автономию, причем произошло это в начале, а не в середине и не в конце нашей культурной жизни; даже на высших уровнях социокультурного творчества сохраняются рудименты простых жизненных процессов, присутствующих у самых скромных образцов живых организмов, то есть у бактерий;

4. ряд сложных функций высшей нервной системы имеет функциональные корни в более простых операциях низших организаций самой этой системы; например, оказалось непродуктивным искать корни чувств и сознания в работе коры; как будет сказано во второй части, работа ядер ствола мозга и периферической нервной системы дает больше возможностей установить предшественников чувств и сознания.

Живое тело и разум

Нам постоянно рассказывают о ментальной жизни – о восприятии, чувствах, идеях, о памяти, с помощью которой восприятие и идеи сохраняются, о воображении и рассуждении, о словах, используемых для того, чтобы транслировать внутренние нарративы, изобретения и прочее, – как если бы все это было продуктом исключительно мозга. Нервная система зачастую главная героиня этих рассказов, что одновременно и упрощение, и ошибка. Как если бы тело было всего лишь чем-то посторонним, вспомогательным по отношению к нервной системе, то есть было бы всего лишь простым вместилищем мозга.

Что нервная система – источник нашей ментальной жизни, в этом нет сомнений. Но чего не хватает в традиционной нейроцентричной, мозгоцентричной и даже короцентричной картине, так это того факта, что нервная система зародилась как помощница тела, как координатор жизненного процесса в организме, сложном и диверсифицированном настолько, что функциональное объединение тканей, органов и систем, а также их отношения с окружающей средой потребовали специальной системы для осуществления такой координации. Нервная система стала средством этой координации и, соответственно, неотъемлемой особенностью сложной многоклеточной жизни.

Более разумное объяснение нашей ментальной жизни состоит в том, что и ее простые аспекты, и ее необычайные достижения – это отчасти побочные продукты нервной системы, которая на сложнейшем физиологическом уровне осуществляет то, что более простые формы жизни издавна осуществляют без помощи нервной системы: гомеостатическую регуляцию. На пути к выполнению ключевой задачи поддержания жизни в сложном организме нервные системы развили стратегии, механизмы и способности, которые не только заботятся о жизненно важных гомеостатических потребностях, но и дают множество иных результатов. Эти иные результаты были либо не нужны непосредственно для регуляции жизни, либо не столь очевидно с ней связаны. Разум зависит и от наличия нервной системы, занятой эффективным поддержанием жизни, и от множества взаимодействий между нервной системой и телом. “Нет тела, нет и разума”. Наш организм состоит из тела, нервной системы и разума, обусловленного тем и другим.

Разум способен воспарить над своей базовой задачей и породить продукты, которые на первый взгляд не имеют отношения к гомеостазу.

Историю отношений между телом и нервной системой нужно пересмотреть. Тело, о котором мы, рассуждая о возвышенном разуме, часто отзываемся мимоходом, а то и пренебрежительно, – часть чрезвычайно сложного организма, состоящего из сотрудничающих систем, которые состоят из сотрудничающих органов, которые состоят из сотрудничающих клеток, которые состоят из сотрудничающих молекул, которые состоят из сотрудничающих атомов, состоящих из сотрудничающих частиц.

Одна из самых характерных черт организма – это необычайная степень кооперации, демонстрируемая его составными элементами, а также появляющаяся в итоге необычайная сложность. Подобно тому, как жизнь зародилась из специфических отношений между элементами клетки, так и возрастающая сложность организмов порождает новые функции. Эмерджентные функции и качества нельзя объяснить, просто исследуя по отдельности составные части. Вкратце, отличительный признак сложности – появление функциональных эмерджентных свойств при переходе от меньших к большим частям общей структуры. Главный пример – эмерджентное зарождение жизни как таковой в клеточных элементах. Еще один образцовый пример кооперации, о котором будет сказано ниже, это появление субъективных ментальных состояний.

Жизнь организма – больше, чем сумма жизней составляющих его отдельных клеток. Существует общая, глобальная, так сказать, жизнь организма, порождаемая высшей интеграцией составляющих его жизней. Жизнь организма трансцендентна по отношению к жизни клеток, опирается на них и вознаграждает их своей поддержкой. Именно эта интеграция реальных “жизней” делает целостный организм живым как раз в том смысле, в котором современная сложная компьютерная сеть живой не является. Жизнь организма означает, что каждая составляющая его клетка по-прежнему должна и может использовать свои изощренные микроскопические компоненты, чтобы преобразовывать захваченные из внешней среды вещества в энергию; в этом она подчиняется сложным правилам гомеостатической регуляции и гомеостатическому императиву “самосохранение вопреки всему и продолжение жизни”. Но необычайная сложность живых организмов (среди которых самый показательный пример – человек) могла появиться лишь с помощью поддерживающих, координирующих и контролирующих компонентов нервной системы. Все эти компоненты являются частями тела, которому служат, и состоят из живых клеток, как и все остальное. Этим клеткам тоже требуется регулярное питание для сохранения своей целостности, и они тоже подвержены заболеваниям и смерти, как и любая другая клетка тела.

Порядок появления органов, систем и функций у живых организмов важен для понимания того, как некоторые из этих функций зародились и начали действовать. Ни в чем это не проявляется столь очевидно, как в необходимости рассматривать очередность частей и функций в истории нервной системы, особенно человеческой нервной системы и ее великолепных продуктов – сознания и культуры. Вещи появляются по порядку, и этот порядок странен… или не так уж странен – в зависимости от точки зрения.