20.10.2004

Все мы немного зомби

Большинство людей при слове «зомби» представляет себе оживлённый колдунами труп, бездумно и безропотно выполняющий приказы хозяина. Такой образ создали голливудские фильмы. В реальном же мире найти зомби намного проще – надо лишь оглянуться вокруг себя. Ибо зомби выглядят, как вы. Точнее сказать, мы и есть зомби, хотя, конечно, отнюдь не на 100%, пишет газета «На грани невозможного».

Жизнь на автопилоте

Давайте не будем обижаться – мы и в самом деле зомби, но лишь в том смысле, что огромная часть нашей жизни идёт как бы за пределами сознания. Учёные давно спорят о нашем сознании и подсознании – и философы, и психологи. Вспомним хотя бы Фридриха Ницше или Зигмунда Фрейда. А теперь этим всё в большей мере занимаются и люди точной науки. Сознание же упорно остаётся одной из мистических загадок. Даже нобелевский лауреат Фрэнсис Крик, потративший более двух десятилетий на «расшифровку» человеческого генома, называет сознание «главной нерешённой задачей биологии».

Крик, а также его коллега нейробиолог Кристоф Кох из технологического института в Пасадене, считают, что вся работа мозга строится на физических и химических процессах. Даже и осознание человеком самого себя есть лишь следствие слаженной работы неисчислимых нейронов, сенсорных клеток и разных физиологических систем. Всё, что мы думаем, говорим и делаем, можно объяснить биологически, утверждают Крик и Кох. С этим согласны далеко не все, но амбициозная задача уже поставлена: найти «нейронные корреляты сознания». Тут-то «из подполья» и вышли зомби…

Люди говорят не думая. В буквальном смысле слова. Разве мы предварительно обдумываем строй предложения, падежи, предложные согласования и прочее, прежде чем произнести фразу? Отнюдь нет. Но мы говорим, говорим, говорим. И слова льются как бы сами собой, складываясь в конструкции с правильным синтаксисом. Во всяком случае, преимущественно это происходит именно так и. Речь, в глубоком смысле слова, есть «неосознанный» аспект поведения. Это ментальная операция, не связанная напрямую с осознанными ощущениями или памятью.

То же самое происходит и во многих других жизненных проявлениях. Мы чистим зубы, завязываем шнурки, крутим педали велосипеда или баранку автомобиля, не решая сложных умственных задач. Нет, мы делаем всё это именно как зомби или роботы – неосознанно, автоматически, не контролируя каждое своё движение. И нередко даже не помним о том, как мы всё это проделали.

У нейробиологов есть для этого свой термин – «поведение зомби».

Кох утверждает, что мозг действует на основе специализированных сенсорно-моторных процессов, которые он называет «агентами зомби». И тому есть вполне резонное объяснение: именно они позволяют нам быть собой. У всех аспектов поведения есть одно общее: почти все действия совершаются быстро и рутинно. Во многих случаях они напоминают рефлексы. Мы непроизвольно мигаем, когда в глаз попадает соринка. Мы чихаем, если что-то щекочет нос. Мы вздрагиваем, заслышав резкий звук. Другие проявления зомби менее заметны, но именно они позволяют нам держать корпус вертикально при ходьбе, балансируя, отклоняясь или меняя шаг, когда мы пробираемся сквозь толпу.

И вот ведь незадача: если мы начнём обдумывать каждое движение и каждый шаг, нам станет довольно трудно сделать то, что давно стало привычным. На это уйдёт много времени, а ведь иной раз в опасной ситуации даже и доля секунды чрезвычайно важна для выживания. Спасибо нашему «внутреннему зомби»: мозг принимает внешние сигналы и посылает приказы телу практически в одночасье, не тратя времени. «В этом, в частности, и состоит кардинальное преимущество специализированных «агентов зомби», - пишет Кох.

И в самом деле. Мы автоматически хватаем карандаш ещё до того, как увидим, что он скатился на край стола. И отдёргиваем руку от газовой горелки ещё до того, как ощутим жар. И это очень важно: движение есть лишь спинальный рефлекс, он не требует участия головного мозга как такового. Для человека наличие «агентов зомби» важно ещё и потому, что высвобождаются огромные участки мозга, которыми можно воспользоваться для иных важных дел. Корковые участки нужны, например, для более высоких когнитивных целей – обучение, запоминание, решение новых жизненных задач и пр.

У других животных – мышей или, скажем, обезьян – тоже частично есть почти все подобные способности. Однако у человека кора головного мозга существенно важнее, язык общения более сложный, проницательность глубже, самосознание тоньше. Мы намного гибче животных, поскольку можем применять усвоенную информацию не только в одном конкретном контексте (как пчёлы, «танцующие» при передаче своим собратьям информации о том, где есть нектар), а и во многих других случаях и ситуациях.

Учёные надеются, что, основательно изучив биологическую основу «поведения зомби», мы сможем больше узнать о сознании. Но это непростая задача, потому что в огромном числе случаев трудно отличить сознательное от бессознательного.

Когда приходят и уходят зомби?

Вот, скажем, собака виляет хвостом. Или младенец улыбается. Сознательно это или бессознательно? Но в том-то и дело, что человеческое сознание легко и просто вникает и даже вмешивается в «поведение зомби». Да, мы завязываем шнурки автоматически, но в любую секунду можем осознать, что делаем именно это. И так происходит постоянно, тысячи раз на дню. Сознание как бы осуществляет негласный и незаметный надзор, контроль. И в какой-то момент мы это замечаем: да, за моими действиями ведётся внутреннее наблюдение. Однако в мозге «действия зомби» столь тесно переплетены с сознанием, что их трудно отделить одно от другого. Для нас это и не существенно, а вот для учёных – очень даже.

Одна из областей науки, где это особенно важно, занимается изучением людей, страдающих от тяжёлых заболеваний по причине неадекватной сенсорной реакции.

Визуальная агнозия, к примеру, - болезнь сравнительно редкая, но такие пациенты не в состоянии определить, что за предмет они видят. По звуку звякнувших ключей человек немедленно поймёт, что это ключи, но, увидев их, не знает, что это такое. Впрочем, поясним на примере.

34-летняя пациентка Д.Ф., мозг которой непоправимо пострадал из-за отравления угарным газом, выжила, но утратила способность визуально опознавать большинство предметов. Нет, она не ослепла. Различает цвета, легко переступает через преграду на пути, поймает брошенный ей мяч, по памяти нарисует то, что видела.

Но что именно она поймала или что именно нарисовала, женщина не знает. Не знает, в горизонтальном или вертикальном положении находится видимый ею карандаш, квадрат ей показывают или треугольник. Автоматически она вставит карточку точно в прорезь, даже если во время движения её руки выключить свет. Но она не может сделать этого осознанно, не может умышленно скоординировать движение руки относительно положения прорези. Она способна делать лишь то, за что ответственны «агенты зомби».

Множество подобных экспериментов проводилось с больными, страдающими эпилепсией, снохождением (лунатизмом) и т.д. И в результате складывается впечатление, что мозг работает по принципу двух отдельных систем, как это делают два параллельных компьютерных процессора. То есть нейронная активность в некоторых участках мозга управляет «поведением зомби», а в других – теми реакциями на сенсорные раздражители, которые требуют осознанного отклика. Или, может, одна и та же «компьютерная сеть» в мозге функционирует в двух различных (но одновременных) режимах.

Стадию кортикального «процессора» сенсорные данные проходят «насквозь», не задерживаясь, пока человеку хватает стереотипных, неосознанных действий. И лишь в тот момент, когда сенсорные сигналы становятся слабыми, эфемерными, едва различимыми, включается «обработка» данных. Т.е. сознание.

На данном этапе, надо признать, это лишь общее представление о том, что, вероятно, происходит в мозге. Изучение его работы с помощью методов, например, магнитного резонанса даёт возможность заглянуть в мозг поглубже и выяснить, какие именно участки работают в каждый конкретный момент – в реальном времени. Но впереди ещё долгий путь. Мы рассуждаем о сознании, но толком объяснить его пока не можем. Казалось бы, уж если «агенты зомби» справляются с большинством жизненно важных задач, так зачем нам вообще сознание?

Да, оно есть свойство и функция некоторых высоко развитых органов человеческого тела, но и это ещё не всё. К примеру, стенки нашего кишечника выстелены более чем 100 миллионами нейронов, но у нас нет сознательного доступа к их работе. Это, впрочем, верно по отношению к большей части тела. А сознание даёт человеку нечто такое, что выходит за пределы бессознательно функционирующего организма – способность мгновенно обработать гигантские пласты информации, свести её до нескольких основных фактов и сделать надлежащие выводы. Лев рычит и кидается на оленя. И так происходит веками. А человек придумывает копьё.

Сознание – это как бы исполнительные органы власти, способные взвесить все возможные решения и выбрать лучшие. Иными словами, оно выполняет функции интерфейса между сенсорным восприятием и ментальным планированием. На деле, конечно, это нечто трудноуловимое. Как трудноуловим и зомби внутри нас. Но он там есть. Его функции лишь расширяются по мере того, как мы чему-то научаемся – танцевать или взбираться на гору. Или играть на пианино, не думая о каждой отдельной клавише.

Однако сейчас перед учёными стоит другая проблема: как сделать действия зомби воспроизводимыми «на заказ»? Это не так просто, как кажется. А речь тут идёт о помощи обездвиженным, парализованным людям. И чем больше мы воюем, взрываем, разрушаем и всё такое, тем больше инвалидов. И тем острее проблема.

Следующий шаг – нейро-протезы

В этом деле нам требуется интерфейс между мозгом и машиной. Проще говоря, мы хотим добиться, чтобы мозг беспомощного инвалида управлял роботом. А уж робот сделает всё необходимое – подаст стакан воды, включит телевизор, напишет письмо, постирает, передвинет инвалидное кресло к окну или балкону и т.п. В техническом выражении это означает, что мозг парализованного должен подавать сигналы, управляющие внешними механизмами, т.е., например, роботизированной рукой. Все приборы такого типа можно обозначить одним словом – нейро-протезы. И, надо признать, многое на этом пути уже сделано. Во всяком случае, доказано, что создание нейро-протезов в принципе возможно.

Первым шагом в этом направлении были эксперименты с обезьянами, в голову которым «вшивали» пучок электродов. Обезьяна довольно быстро научилась заставлять руку-робота хватать с блюда бананы и делать некоторые другие простые движения, притом робот может располагаться на расстоянии от обезьяны или совсем в другом помещении. Следующий шаг – электроды не встраиваются в мозг, а лишь накладываются на череп. И третий шаг – бесконтактное управление. В эту проблему входит несколько составляющих подзадач и, следовательно, вопросов. Способна ли мысль человека дистанционно воздействовать на косную материю, т.е. на машину? Какой силы должны быть посылаемые импульсы, чтобы машина их могла принять, усилить и перевести на язык механизма?

Этими-то проблемами и занимается сейчас группа американских учёных при медицинском центре университета Дьюк в Дарэме, штат Северная Каролина. Руководители – нейробиологи Деннис Тёрнер и Мигель Николелис. Нынешние итоги своих работ они опубликуют в июльском (2004г) номере журнала «Нейрохирургия» («Neurosurgery»). В команду входят также нейрохирург Параг Патил и нейробиолог Хосе Кармена. Все четверо имеют учёную степень доктора наук. Работу поддерживают Национальный институт здоровья и Агентство передовых исследовательских проектов министерства обороны США. Последнее, и не удивительно: ведь именно среди бывших участников военных действий особенно много инвалидов.

Мы вообще-то редко задумываемся о том, насколько мало знаем свой мозг. Этот загадочный и сложный «компьютер» весом примерно полтора килограмма пронизан сотней миллиардов нейронов. Как понять, какие из них нужны для конкретных задач?

Нынешние исследования базируются на работах, выполненных ранее в лаборатории Николелиса. Именно там обезьяны научились управлять рукой-роботом с помощью сигналов своего мозга. Патил и его коллеги работают с пациентами, у которых болезнь Паркинсона, сильный тремор рук и т.п. Рутинная процедура давно освоена: хирургическим путём больному вживляют в мозг 32 микроэлектрода, затем стимулируют их слабым током, чтобы снять симптомы болезни. Пациенты при этом находятся в полном сознании, и нейрохирурги записывают сигналы их мозга, чтобы определить оптимальное размещение электродов.

Теперь в экспериментах, описанных в журнале «Neurosurgery», пациентам давали простое задание. Пока идёт запись сигналов мозга с помощью имплантированных электродов, каждый из 11 пациентов-добровольцев должен вести видео-игру, что делается обычно дистанционной панелью управления. Одновременно исследователи регистрировали, какой участок мозга при этом активизируется. Анализируя данные, они обнаружили, что в сигналах содержится достаточно информации, чтобы предсказать движение руки. Ведь именно такие сигналы и требуются для надёжного управления внешними приборами-роботами. По каждому пациенту данные записывали всего в течение пяти минут, но даже и эти эксперименты показали, что задача поставлена вполне реальная. Пациент обучался таким действиям всего за одну, две минуты. Вживив электроды на долгое время, можно добиться взаимодействия человека с прибором, который помогал бы решать целый ряд повседневных житейских проблем.

Понятно, что чем сложнее задачи, тем разнообразнее и многочисленнее должны быть участки мозга, в которые вживляются электроды, т.е. должно возрастать их число. Но важно и другое – добраться до «зомби».

Почему так важно проникнуть в глубины мозга? Потому что, как уже говорилось, сигналы, управляющие моторными функциями, проходят своего рода фильтрацию именно в глубинных структурах мозга, и лишь потом достигают поверхностных слоёв коры. Как говорит Николелис, человеку электроды имплантируются глубже, нежели обезьяне – в том числе и в подкорковые структуры. Т.е. нейронную информацию можно извлекать не только из коры, но и из подкорки. И подкорковые слои плотнее, так что на малом участке можно снять информацию с относительно большого количества клеток. А это значит, что в будущем можно создать довольно-таки сложный протезный прибор.

Удастся ли поладить с зомби?

Медикам, естественно, требуется помощь инженеров и техников. Вместе они уже разрабатывают прототип нейро-протеза, который будет включать в себя (внимание!) беспроводной интерфейс между пациентом и прибором-роботом.

Тёрнер рассказывает, что самым типичным вариантом такого прибора будет, конечно же, как бы «дистанционная рука» парализованного. Но планируются и другие варианты. Например, одна из систем должна обеспечить нейронное управление инвалидным креслом-каталкой, другая – нейронное управление клавиатурой, на выходе которой будет либо письменный текст, либо озвученная речь. И, кстати, некоторые исследователи уже добились того, что человек через имплантированные электроды осваивает управление курсором на экране компьютерного монитора. Ведь помощь требуется не только парализованным, а и тем, кто утратил способность говорить – из-за инсульта, повреждений горла и т.п.

Ключевым вопросом на будущее остаётся вот какой: каждый ли сможет «сжиться» с такими приборами, как бы вписать их в «схему» своего общения с внешним миром, но теперь уже на нейронном уровне. Иначе говоря, смогут ли эти процессы осуществляться как подсознательные, как это происходит при обучении ребёнка, скажем, езде на велосипеде. Велосипед «встраивается» в схему поведения, и моторные функции осуществляет уже не сознание, а сидящий в нас «внутренний зомби». Удастся ли добиться того же при управлении нейро-протезами?

Этого пока никто наверняка сказать не может. Но уже известно, что когда парализованного просят вообразить определённое движение руки, у него в мозгу активизируются именно те центры, которые ему в этом случае понадобились бы. Значит, находящиеся там «зомби», т.е. их нейроны подадут именно такую команду и машине.

Что намечается делать сейчас? Последующие три-пять лет будут идти эксперименты по вживлению электродов в мозг полностью парализованных людей и созданию самых разных нейро-протезов.

Однако исследователи пока ещё спорят, стоит ли идти по пути вживления электродов. Ведь любое хирургическое вмешательство – это опасность инфицирования. Большинство учёных отдаёт предпочтение внешним электродам, которые передавали бы импульсы мозга вовне. А ещё лучше, чтобы эти импульсы приводили в движение не робота, а руку пациента. И в Австрии техникам уже удалось создать систему, преобразующую мысль человека в совершаемое им действие. Обездвиженный человек может, к примеру, поднять руку, взять стакан и напиться.

По словам руководителя этой исследовательской группы Герта Пфуртшеллера, возникающие в воображении человека ментальные образы вызывают незначительные, казалось бы, изменения в активности мозга. Слабые изменения электрического потенциала усиливаются благодаря специально разработанному компьютерному интерфейсу и трансформируются в бинарные сигналы. Затем поверхностные электроды, прикреплённые к левому предплечью пациента, стимулируют мышцы руки, благодаря чему совершается движение или, наоборот, достигается релаксация мышц. Пфуртшеллер подчёркивает, что пациент должен очень точно и живо представить себе действие, которое хочет совершить, будь то движение пальцев, кисти или поднятие руки. Увы, но самые простые действия, бездумно совершаемые нашим внутренним «зомби», требуют гигантского напряжения от обездвиженного больного, когда он должен мысленно управлять аппаратурой. Томас Швайгер, например, 27-летний парализованный пациент, провёл несколько месяцев в постоянных тренировках, чтобы научиться выполнять элементарные движения – взять кусочек хлеба или выпить стакан пива.

Так реальны ли сложнейшие задачи, которые мы ставим?

Да. По счастью, мы уже перестали верить многим сказочкам о содержимом своей черепной коробки. Мы, конечно же, используем не 3% своего мозга и даже не 10% - он работает весь, целиком. И мы уже знаем, что, вопреки расхожему мнению, нервные клетки могут заново образовываться даже и у взрослого. По счастью, мозг поразительно пластичен. Он создан таким образом, чтобы мобильно меняться, перестраиваться, образовывать новые «тропинки», «дорожки» и даже целые «магистрали», т.е. складывать новые «карты». Особенно же, если человек упорно тренирует свой мозг. Известно и то, что мозг и иммунная система постоянно посылают друг другу сигналы, так что многое зависит и от психологического настроя, от морального духа больного. Всё это даёт надежду, что поставленные цели непременно будут достигнуты. И тем успешнее, чем быстрее союзником и помощником больного станет его «внутренний зомби».

Вера Гофман

Источники:

1. Информационно-аналитическое агентство МиК