Проснувшись, вы не сумеете с уверенностью сказать, как долго вы спали, и вам вполне может показаться, что вы только что задремали на несколько мгновений или же, напротив, были в отключке на протяжении многих часов. И тут возникает вопрос: может ли тот факт, что сон подразумевает и отсутствие сенсорной стимуляции, и искаженное восприятие времени, означать, что они каким-то образом связаны?
Течение времени
Время – самый фундаментальный элемент нашей жизни. Но чем больше вы думаете о природе времени и его течении, тем непостижимее оно кажется. И если с первым вопросом действительно не все так просто, то единица измерения времени – секунда – определена четко. Это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Однако даже это – произвольная градация. С другой стороны, течение времени неоспоримо и является предметом всеобщего сожаления для всех нас, ведь по своей природе оно однонаправленно. И хотя Исаак Ньютон считал, что время существует как совершенно независимое явление, теперь физики рассматривают его в тесном взаимодействии с пространством.
Пробудившись ото сна или анестезии, вы не можете определить, как долго были без сознания. И даже когда вы бодрствуете, время может вести себя по-разному: «пролетать» незаметно, двигаться размеренно, «тянуться вечность», в зависимости от того, что вы делаете и нравится ли это вам. Восприятие времени субъективно и, следовательно, является неотъемлемой частью сознания. Подобно тому, как мы создаем собственный внутренний мир, мы создаем свое собственное течение времени. Излишне говорить, что квинтэссенция субъективности времени поддается дальнейшему разделению. С одной стороны, есть память, охватывающая периоды от секунды до нескольких месяцев, для которой характерно ретроспективное восприятие времени, позволяющее выстраивать события в произвольном, а не хронологическом порядке. С другой стороны, существует непосредственное ощущение течения времени. Непосредственное осознание на узком временном масштабе от миллисекунд до нескольких секунд, описанное в начале двадцатого века философом и психологом Э. Робертом Келли как «правдоподобное настоящее», иллюзия затянувшегося «сейчас». Допустим, когда в процессе разговора мы доходим до середины предложения, значит ли это, что мы уже закончили его начало и оно осталось в прошлом? Или же вся фраза – это часть «настоящего»? По мнению Келли, субъективное «настоящее» может охватывать некоторый промежуток времени, в течение которого складывается «момент сознания».
Восприятие времени
С какой же стороны подступиться к изучению восприятия времени? Самая очевидная стратегия заключается в том, чтобы выяснить, есть ли в нейронных сетях мозга что-то особенное, обусловливающее эту способность. Но, учитывая имеющийся опыт, мы не должны возлагать какую-либо сложную функцию лишь на одну область мозга – мы вынуждены мыслить шире.
Одним из кандидатов выступает структура, располагающаяся в задней части мозга, – мозжечок. Ранее мы называли его «автопилотом» мозга, регулирующим сенсорные входы и выходы, координирующим движения. Также есть «базальные ганглии», ключевой мозговой контур, обеспечивающий регуляцию ряда двигательных и вегетативных функций. Он, опять же, очень чувствителен к времени. Еще один возможный претендент на роль – теменная кора. Это сложная структура, занимающая важное место в пространственном и временном ориентировании. Давно известно, что типичными симптомами повреждения теменной коры являются пространственная и временная дезориентация, кроме того, эта область имеет большое значение для синхронизации слуховых и зрительных стимулов. Также нельзя обойти вниманием лобную кору, которая связана с более сложным восприятием времени, – ее повреждение может привести к развитию «исходной амнезии», являющейся не потерей памяти как таковой, а скорее стертостью воспоминаний об источнике знания без утраты его содержания.
Совершенно ясно, что одни аспекты восприятия времени сложнее других. Однако само по себе перечисление элементов мозговой анатомии не поможет нам продвинуться дальше. Теперь мы должны сформировать представление об их коллективном взаимодействии.
Как и большинство сложных психических процессов, таких как зрение, восприятие времени не простая операция. Подобно тому как зрение обеспечивают порядка тридцати различных областей мозга, отвечающих за восприятия цвета, формы, движения и т. п., так и восприятие времени может быть разделено на различные аспекты, формирующие целостную картину. Например, продолжительность, скорость поступления и порядок входящих стимулов оказывают влияние на субъективное восприятие времени.
Все нейробиологи, изучающие проблему восприятия времени, сходятся во мнениях по крайней мере в одном: в мозге нет никаких централизованных часов. Американский невролог Дэвид Иглмен, ведущий специалист в этой области, утверждает, что время не является унитарным явлением, указывая на три примера, которые должны развеять представление, будто «время едино». Первый заключается в том, что субъективная оценка длительности временных интервалов может ощутимо отличаться от их реальной продолжительности. Всем нам знакомо это чувство: час, проведенный в зале ожидания аэропорта, кажется невыносимо долгим, в то время как час за просмотром любимого сериала пролетает совсем незаметно.
Теперь второе: если мы слышим особый звук в серии повторяющихся одинаковых звуков, промежутки времени между таким «особым» стимулом и предшествующим ему / следующим за ним нам кажутся более длинными, хотя на самом деле длительность всех промежутков одинакова. Это наблюдение снова демонстрирует, что восприятие времени не является единым процессом, а состоит из независимых нейронных операций, которые обычно подсознательно координируются, но могут быть явно дифференцированы в условиях эксперимента.
Третий пример – увлекательный и необычный эксперимент, в котором течение времени для испытуемых целенаправленно «замедлялось»: добровольцы оказывались в ситуациях, кажущихся жуткими и угрожающими жизни. Многие из нас хоть однажды испытывают особенное ощущение – как будто время «спотыкается» и застывает на несколько мгновений. Такое случается в моменты крайней физической угрозы или когда мы получаем особенно плохие новости.
Участники одного эксперимента должны были шагнуть назад с вершины пятидесятиметровой башни и упасть в защитную сетку у ее подножия. После этого добровольцев спрашивали, как долго, по их мнению, длилось падение. 36 % испытуемых сообщили, что падение показалось им более долгим по сравнению с наблюдаемыми падениями других участников эксперимента. Однако доказательств об обогащении опыта восприятия в процессе падения получено не было, поскольку испытуемые не смогли сообщить о каких-либо дополнительных деталях.
Из результатов этого эксперимента Иглман сделал вывод, что поскольку память характеризуется ретроспективным восприятием времени, то чем больше воспоминаний или ассоциаций возникает в связи с «пугающим» эпизодом, тем более продолжительным он кажется.
Такая «дилатация времени» – кажущееся растяжение промежутка между двумя событиями – происходит в самых разных ситуациях в нашей повседневной жизни, но может быть обусловлена неким единым механизмом. Похоже, что приковывающие внимание стимулы обрабатываются дольше, что растягивает субъективную продолжительность времени. Кроме того, восприятие времени пропорционально величине силы стимула: более мощные/яркие стимулы «растягивают» время. Третий фактор – сильные эмоции: в реальной жизни он проявляется, когда вы взволнованы, торопитесь или попадаете в другую неприятную или опасную ситуацию. Ключевым моментом здесь оказывается повышенное возбуждение.
Особым примером неравномерности восприятия времени является детство. Дети воспринимают мир в самом узком диапазоне – «здесь и сейчас». Возможно, поэтому один день для пятилетнего ребенка – это гораздо более значительный период, чем для тридцатипятилетнего взрослого. Для детей с синдромом дефицита внимания время проходит особенно медленно. Это справедливо и для больных шизофренией, для которых время уже не сливается в гладкий поток событий, а состоит из разрозненных эпизодов, и каждый связан с эмоциональными переживаниями.
Эти данные свидетельствуют о том, что существует явная связь между различными факторами, касающимися восприятия времени: значимость возбуждения, эмоций, стимуляции и дефицита внимания. Все они включают, помимо прочего, чрезмерную активность дофаминовой системы. Дофамин подавляет работу префронтальной коры, что приводит, как мы уже знаем, к формированию «детской» модели восприятия, в которой вероятность более активного взаимодействия с внешним миром ведет к более непосредственной обработке информации – как и в случае стрессовых ситуаций.
Наше субъективное ощущение времени также зависит от хода и сложности событий поэтому еще одна идея состоит в том, что мозг оценивает течение времени на основе фактического количества стимулов, обработанных мозгом. Это объяснило бы ощущение, которое возникает после пробуждения ото сна или анестезии, когда кажется, что время пролетело мгновенно. Так что именно количество поступающей информации определяет восприятие времени, а не наоборот.
Каждый входящий стимул имеет свои уникальные координаты в пространстве и времени. Интересно, что дети часто объединяют время и пространство и не могут, например, понять, что быстрее не то же самое, что дальше. Возможно, когда мозг обрабатывает важную входящую информацию, которая будет определять темпы последующего восприятия времени, пространственно-временные параметры рассматриваемого раздражителя играют значительную роль. Таким образом, восприятие времени с точки зрения нейронауки может определяться не одним явным параметром, а паттерном изменений, основанным на пространственно-временных характеристиках поступающей информации.
В этой идее нет новизны. Еще в 1915 году Эмиль Дюркгейм определил время и пространство как «жесткие рамки, которые окаймляют мысли», а в 1953 году невролог Макдональд Критчли отметил, что «чисто временная дезориентация, наступающая независимо от пространственной, является редким явлением – чаще они сопутствуют друг другу».
Эта идея непосредственно проиллюстрирована в увлекательном исследовании, в котором испытуемые судили о течении времени, сталкиваясь с различными пространственными средами. В каждом эксперименте было три разных типа моделей: модели железной дороги, гостиной и абстрактные модели – каждая из них представлена в малом, «кукольном», и крупном масштабе. Меньший масштаб соотносился с ускорением субъективного течения времени. Выявленная закономерность такова: чем крупнее масштаб, тем более продолжительным кажется временной отрезок.
Поскольку пространство и время так тесно связаны, это накладывает отпечаток на наше повседневное мироощущение. Обширные пространства – луга, озера и горы – могут создать эффект «растяжения» времени, как и грандиозные архитектурные сооружения, например соборы, поскольку такие места вызывают благоговение и спокойствие. Но чтобы понять природу этих закономерностей, мы должны вернуться к поиску соответствующих механизмов в мозге.
Нейронные ансамбли, пространство и время
Теперь мы возвращаемся к нейронным ансамблям: мы можем вновь использовать их как Розеттский камень, связывающий физиологию с феноменологией, и посмотреть, как восприятие времени соотносится с аллегорией о камне, брошенном в воду. Мы уже знаем, что восприятие времени обусловлено свойствами входящих стимулов и никогда – наоборот.
Когда время тянется медленно, это соответствует интенсивному обороту ансамблей, которые из-за высокой конкуренции остаются небольшими. Подобное характерно для стрессовых ситуаций, а кроме того, типично для детей и больных шизофренией. В этот же сценарий, как ни парадоксально, вписывается состояние скуки, когда время тянется, потому что ни один стимул не является достаточно мощным, чтобы вызывать генерацию крупных ансамблей.
Однако иногда время, напротив, проходит незаметно. Когда мы занимаемся чем-то, что полностью овладевает нашим вниманием, например читаем хороший роман, оборот ансамблей в этом случае оказывается очень медленным. Но самым экстремальным примером – с ним мы столкнулись в начале главы – будет ощущение, будто пролетело лишь одно мгновение, в то время как мы пробуждаемся ото сна или после глубокой анестезии.
Если вновь обратиться к аллегории с камнями и прудом, в игру вступит еще один фактор. Так же как важны интенсивность стимула (сила броска), его значимость (размер камня), готовность к восприятию (вязкость водоема), важен и оборот ансамблей в течение определенного периода времени. Он имеет ключевое значение для определения сценария, который связывает полученный опыт с каждым конкретным моментом сознания.
Активность любого отдельного нейронного ансамбля исчезает во времени и пространстве спустя несколько сотен миллисекунд, и именно таков ключевой порог, выявленный Бенджамином Либетом и его коллегами для формирования сознания. Таким образом, ни один ансамбль не может быть прямым коррелятом текущего сознания. Но что, если затухание каждого конкретного ансамбля впоследствии становится важным фактором для создания чего-то более значительного и гораздо более обширного? Это «что-то еще» было бы своего рода единой, целостной сущностью, охватывающей пространство и время. Давайте же разберемся, как такая гипотетическая вещь – это «что-то еще» – может быть реализована. Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что во всем мозге происходит множественная генерация ансамблей, которые синергируют и суммируются в течение определенного периода времени.
Такой эффект до сих пор не выявлен в живом мозге при помощи экспериментальных методов – не в последнюю очередь потому, что мы еще не сформулировали, что именно нужно искать. Но теоретическая наука могла бы по крайней мере помочь нам сформировать гораздо более четкую картину того, какие именно процессы в мозге вносят вклад в формирование сознания. Давайте подумаем, как можно моделировать гипотетические нейронные ансамбли. Или продвинемся еще дальше и попытаемся выяснить, как несколько ансамблей способны взаимодействовать друг с другом в течение заданного временного интервала. Но прежде нам нужно определить необходимый и достаточный набор элементов, которые сделают возможным существование хотя бы единичного ансамбля.
Внутри ансамблей
Принято считать, что наименьшая функциональная структура для передачи информации в мозге – это синапс. Поэтому кажется естественным предположение, что динамика нейронного ансамбля будет определяться главным образом процессом синаптической передачи. Но если допустить, что ансамбль – лишь конгломерат синапсов, то общая картина была бы совсем иной, нежели та, что мы видим в реальности.
Границы ансамбля (см. рис. 2) простираются на расстояния, в несколько раз превышающие прогнозируемые согласно классическим представлениям о синаптической передаче. Что касается времени, мы знаем, что для затухания активности в пределах ансамбля до 20 % от максимального уровня, требуется около 300 миллисекунд и что потребуется еще больше времени, чтобы активность полностью исчезла. Но помимо этого мы знаем, что временные рамки синаптической активности не превышают 20 мс.
Наглядно иллюстрирует эти временные рамки рис. 7. Обратите внимание, что хотя передача сигнала от таламуса к коре путем классической синаптической передачи занимает всего пять миллисекунд на каждые два миллиметра, требуется еще двадцать миллисекунд, чтобы ансамбль распространился внутри коры. Здесь вступают в игру два особых способа общения между клетками мозга: один имеет преимущество в виде большего масштаба (объемная передача), в то время как другой гораздо более минималистичный (щелевые контакты). Давайте кратко рассмотрим каждый из них.
Рис. 7. Нейронные ансамбли в срезе крысиного мозга, визуализированные с помощью потенциал-чувствительных красителей (Fermani, Badin&Greenfield). В то время как нормальная синаптическая передача занимает 5 мс на 2 мм от таламуса до коры, последующее формирование ансамбля занимает в четыре раза больше времени (для достижения радиуса 0, 5 мм)
Объемная передача обеспечивает менее специфичное и значительно более медленное взаимодействие между нейронами, но ее преимущество состоит в том, что она затрагивает гораздо больше клеток. За последние тридцать лет этот прежде революционный механизм был тщательно исследован и теперь рассматривается как альтернатива классической синаптической передачи.
Фактически с 1970-х годов известно, что классические передатчики, такие как дофамин, могут выделяться из участков нейрона, напоминающих ветви дерева (дендриты). Обычно дендриты выступают в роли акцепторной зоны нейрона – мишени для сигналов от других нейронов. Однако теперь известно, что дендриты могут выделять вещества сами по себе. Более того, высвобождение веществ из дендритов происходит достаточно интенсивно, и это дает нам основания полагать, что это принципиально новый эффективный способ модуляции.
Третий процесс не связан с непосредственной передачей электрических сигналов через «щелевые контакты» – прямые контакты между нервными клетками. Интересно, что в нейронных сетях очень быстрые колебания активности (200 Гц) возникают именно посредством распространения электрических сигналов. И это широкое распространение активности осуществляется в том же масштабе, который характерен для ансамблей. Таким образом, ансамбли удовлетворяют пространственно-временным требованиям к сознанию, поскольку, в отличие от локализованных нейронных структур, они не являются ни устойчивыми во времени, ни пространственно ограниченными.
Эти три процесса, определяющие формирование, существование и затухание ансамбля, по всей вероятности, действуют согласованно. Но главный вопрос остается нерешенным: что происходит потом, что приводит к возникновению момента сознания? Ключ может скрываться во времени…
Метаансамбли?
Разумеется, единичный ансамбль сам по себе не может стать основой сознания. Однако мы можем представить сценарий, согласно которому отдельные ансамбли возникают независимо. Правда, к тому времени как их активность естественным образом угасает, она, а точнее ее энергия, переносится в некий коллективный пул.
Концепция такого коллективного пула – назовем его метаансамблем – кажется весьма правдоподобной и интригующей по следующим причинам. Во-первых, мы знаем, что анестетики, которые, по определению, «отключают» сознание, значительно удлиняют активность отдельных ансамблей. Во-вторых, временное окно примерно такой продолжительности обеспечивает раннюю пространственную дифференциацию различных паттернов для субъективной дифференциации сенсорных модальностей. В-третьих, энергия должна быть сохранена в некоторой химической, электрической или тепловой форме. При повышении температуры давление увеличивается, и наоборот. Это может объяснить, почему повышенное давление и, следовательно, увеличение тепловой энергии приводит как к возвращению в сознание анестезированных животных, так и к значительному увеличению размеров ансамблей.
В какой бы форме ни осуществлялась эта крупномасштабная передача энергии, она будет ощутимо влиять на фоновую активность мозга. Эта неравномерная, волнообразная активность чрезвычайно чувствительна к искажениям и способна порождать глобальные всплески, которые могут оказаться реальным и окончательным коррелятом момента сознания. Таким образом, любой нейронный ансамбль совместно с другими – даже находящимися в другой области мозга, проявляющими активность в пределах тех же самых временных рамок – теперь может стать гигантским камнем в гораздо более крупном водоеме, сформировав метаансамбль.
Но как выявить расположение и измерить параметры такого метаансамбля? Ведь мы знаем, что о четко определенном анатомическом расположении речи быть не может. Скорее, мы должны предусмотреть форму интеграции крупномасштабных, пространственно ограниченных нейронных коалиций, которые могут возникать в пределах временного окна продолжительностью в несколько сотен миллисекунд, то есть в виде своего рода нейронного «пространственно-временного многообразия». Поскольку многообразие является математическим понятием, которое объединяет пространство и время в едином континууме, рассматривая время как четвертое измерение, нейронный метаансамбль будет описан в конечном итоге скорее физиками-теоретиками, чем нейробиологами. В конце концов, объединив пространство и время в единый континуум, физики уже смогли разработать общие базовые принципы и единообразно описать многие процессы на уровнях от галактического до субатомного.
Однако если наша гипотеза окажется верна, тогда мы будем освобождены от мучившей нас задачи «прикрепить» сознание к тем или иным областям мозга. Более того, если время, равно как и пространство, теперь является ключевым фактором, такой сценарий может учитывать нюансы, которые мы изучали в предыдущих главах, – дифференциацию каналов восприятия и расхождения в пространстве-времени и даже загадочное субъективное восприятие течения времени.
Энергия нейрональной активности каким-то образом преобразуется в момент сознания. И это «каким-то образом» – конечно, самая сложная загадка, которая наконец заводит нас в тупик. Даже если бы при помощи строгих и точных математических методов мы могли моделировать не только ансамбли, доступные глазу, но и невидимый теоретический метаансамбль, который действительно стал бы окончательным и точным коррелятом сознания, – даже тогда мы остались бы в тупике, не имея возможности выявить причинно-следственную связь, отследить путь превращения объективных физических явлений в нечто субъективное и личное. «Трудная проблема сознания» осталась бы нерешенной.
Но действительно ли это то место, где мы должны остановиться? Пока нет представления, какой ответ бы нас удовлетворил, почти невозможно даже на самом отвлеченном математическом уровне вообразить какой бы то ни было ответ, выходящий за пределы корреляций причинности. Некоторые люди, как и мой, увы, ныне покойный отец, которому посвящена эта книга, склонны утверждать, что «невозможно ножом из масла резать масло». Иными словами, что мозг не способен деконструировать себя. Почему бы тогда не сдаться и не работать над чем-то более практичным и приближенным к реальности, что к тому же привлечет грантовое финансирование?
Но не стоит унывать. Есть веские причины прямо сейчас устремиться к нашим интеллектуальным пределам. По пути, даже если нам придется пока оставить в стороне загадку превращения воды в вино, нейронаука способна внести ценный вклад в философию, психиатрию, психологию, физику и математику. Если мы объединим наши усилия в междисциплинарных исследованиях и задействуем воображение до предела, то, возможно, понимание чуда субъективного сознания, в итоге перестанет быть таким недосягаемым… В конце концов, завтра будет новый день.