Читать книгу - "Мозг и его «Я». Кто мы? Откуда мы? Куда мы идем? - Татьяна Владимировна Черниговская"

элементами – нервными клетками, своими агентами. Все остальные жители участвуют в других сетях. Каждая сеть решает свою задачу – все ее рассыпанные по стране участники, возможно, ничего и не знают друг о друге, но объединены одной целью. Такая распределенная сеть элементов, работающих совместно для достижения общего результата, и есть функциональная система. Этих сетей в нашей нервной системе огромное количество, когда-то они спят, когда-то – просыпаются, и в этот момент у человека возникают те или иные ощущения, образы, мысли, действия, поступки.

В отношении к кодам Вавилонской библиотеки мозга теория функциональных систем говорит, что именно такие рассеянные сети и составляют произведения этой библиотеки. Их тексты не записаны в отдельных книгах, это именно распределенный код, где отдельные буквы и слова взяты из миллионов книг по всей библиотеке. Только высветившись вместе в этих книгах в какой-то момент, они составляют некое единое осмысленное произведение. При этом нейроны из разных областей мозга, объединившиеся в такую функциональную систему, начинают обладать свойством сцепленности, единого когнитивного целого.

Радикальная редукция сложности

Мы разобрали два фундаментальных принципа организации когнитивных сетей мозга: любой мозг может быть описан в виде глобальной нейронной сети, и кодирование когнитивной информации в ней осуществляется распределенным, реляционным кодом. Однако мы не решили главной проблемы – что делать с огромной сложностью, невообразимым числом степеней свободы в такой сети? Третий принцип нашего подхода направлен на радикальную редукцию этой сложности. Он связан с механизмами памяти.

Сколько произведений в действительности содержится в библиотеке нашего мозга? Исследования показывают, что одиночный «кадр» нашего сознания, своего рода «стоячая волна» из сцепленной активности распределенных по мозгу нейронов, продолжается доли секунды. Средняя продолжительность жизни человека, 70 лет, составляет около 2,2 млрд секунд. Около трети времени мы тратим на сон, так что в контакте с внешним миром мы находимся менее 1,5 млрд сек. За это время мы испытываем несколько миллиардов состояний сознания. Это конечно, много, но уже совсем не те астрономические цифры, которые дает рассмотрение всех потенциальных степеней свободы мозга.

Однако реальную редукцию числа степеней свободы Вавилонской библиотеки мозга осуществляет память. Большинство «кадров сознания» не записываются в долговременную память, не оставляют следов на полках библиотеки нашего мозга. Эпизоды же, которые попадают туда, сгруппированы в смысловые сегменты, что еще сильнее компрессирует запись. В итоге наша память за всю жизнь, по-видимому, накапливает существенно меньше миллиарда произведений, возможно не больше, чем число книг в Британской библиотеке. А мозг мыши, имеющей около 70 млн нервных клеток и живущей не более трех лет, то есть около 90 млн секунд, вряд ли содержит более миллиона произведений, скорее существенно меньше. Он может быть похож по объему на городскую или районную библиотеку. Продолжительность жизни червя нематоды – 2–3 недели, т. е. около 1,5 млн секунд. Собрание произведений ее нервной системы вряд ли превышает размеры домашней библиотеки. Это уже те объемы, с которыми вполне можно работать не только теоретически, но и экспериментально.

Когнитом – полное собрание сочинений мозга

До сих пор, говоря об узлах в сетях мозга, мы говорили о физических элементах – нервных клетках. Три разобранных выше принципа дают нам единицу совершенно другого типа – распределенную по мозгу сеть нейронов, сцепленных единым когнитивным опытом. Каждая такая сеть, одно содержащееся в памяти «произведение» нашего мозга – это один его когнитивный элемент. Мы будем называть такие элементы «когами». В совокупности они образуют систему опыта конкретного организма – его «когнитом». Этим термином мы будем обозначать особую сеть из тесно переплетенных и взаимодействующих друг с другом когнитивных нейронных сетей. Так же как геном не сводится к простому собранию отдельных генов, неся в себе многочисленные регуляционные связи между ними, когнитом – это гораздо больше, чем просто сложение отдельных когов.

Когнитом – двухслойная сетевая структура. Нижний слой – это сеть из сотен нервных структур, своего рода география «страны» мозга, куда погружен отдельный элемент «общества», живущий в своем доме, в своей семье, в своих локальных сетях. Но дальше, когда мы начинаем говорить о принципах работы всего общества, то мы должны перейти на более высокий слой. Это и есть слой произведений библиотеки мозга. В этом слое каждая из функциональных сетей нижнего слоя сетей образует одно ядро, один узел. Этот верхний слой является уже не топографическим, а топологическим. В нем вместо анатомических связей между узлами-нейронами существуют информационные связи между узлами-когами.

Когнитом – постоянно растущая и изменяющаяся структура. Мы рождаемся с рудиментарным когнитомом, содержащим очень небольшой репертуар видовых функциональных систем. Но с первых же минут жизни он начинает обрастать сетью новых, отличающихся у каждого из нас когнитивных элементов. Этот процесс продолжается до самой смерти. С возрастом он начинает перекрываться с процессами старения когнитома – распада когов, ослабления и потери связей между ними.

Концепция когнитома позволяет выявить ключевые свойства естественных нервных сетей, важные для создания искусственных когнитивных сетей. Активация, например, отдельных узлов в естественном когнитоме, за счет перекрещивания нервных участников в этих когнитивных сетях, способна вытянуть за собой из памяти многие другие коги. Это объясняет, почему мозг обладает такой потрясающей автоассоциативностью. Возбуждение одного кога через тысячи связей с другими элементами когнитома способно почти моментально вызвать богатейшую сеть ассоциаций, осуществить доступ почти ко всему прошлому опыту.

Мы можем также ставить новые экспериментальные задачи – подсчета числа когов, каталогизации когнитомов, их сравнения между собой, изучения патологий и болезней когнитома. Чтобы научиться делать это, мы должны начать по-новому смотреть на работу мозга.

Ловцы нейронных сетей

Сегодня лучшие из томографических методов сканирования мозга человека имеют разрешение около кубического миллиметра. В одном кубическом миллиметре в коре головного мозга может быть до 80 тыс. клеток. Это большой город, а возможно – и несколько малых городов. И там, возможно, нас интересует лишь один житель-нейрон, а все остальные будут шумом, фоном. Пользуясь традиционными методами сканирования мозга, мы просто получим некую карту очагов, где будет видно, что в таких-то районах сейчас активность несколько больше, в других – меньше. Ясно, что раскрыть эту сеть, понять истинные принципы ее работы, декодировать ее по таким «тепловым картам» не получится. Значит, нам нужно видеть сеть не с миллиметровым, а с клеточным разрешением. Только тогда, отследив каждого «гражданина» в отдельности, мы сможем понять, кто эти агенты, где они живут, чем занимаются, как они кооперируются друг с другом для решения задач всего мозга.

Один такой метод мы нашли в конце 1980-х годов. Нас тогда интересовали уникальные гены, которые работают в нервных клетках для записи новой информации. Для того