С известным нейробиологом, директором Института перспективных исследований мозга МГУ имени М.В. Ломоносова, академиком Константином Анохиным обсудили место «я» в человеке, понятие «знающих нейронов», страны, лидирующие в развитии нейронаук, и необходимость признания сознания у животных.
— Вы всю жизнь исследуете мозг. Начинали карьеру ещё до рождения? Когда дед, будущий физиолог Петр Кузьмич Анохин, встретился с Анатолием Луначарским и сказал ему о желании изучать «материальные основы человеческой души», у вас был шанс не стать физиологом или нейробиологией?
Меня всегда притягивала биология, поэтому я поступил в медицинский институт с целью стать физиологом. Но во время учёбы два случая могли меня направить по другому пути. Первый случился, когда я прошёл практику в районной больнице Звенигорода, где некогда работал Антон Павлович Чехов. Там было всего два хирурга, которые привлекали меня к сложным операциям. Именно тогда я ощутил, что могу реально помочь спасти человеческую жизнь. После окончания практики я какое-то время приезжал ассистировать им.
Второй эпизод случился спустя год и был связан с курсом психиатрии. Меня заинтересовали фантастические трансформации человеческой психики при шизофрении и маниакально-депрессивных состояниях. Но вскоре я понял, что работая с пациентами, в отличие от экспериментов с животными, никогда не смогу проверить возникающие у меня гипотезы. И снова обратился к основному интересу — нейрофизиологии.
С того момента ваше движение было подобно прямому курсу, открытием генов памяти в 80-х годах и разработкой теории гиперсети мозга в наше время.
Если смотреть назад, движение шло по единому пути. Но сейчас нейронаука — это огромная область: международные конгрессы собирают сегодня 30 тысяч участников и охватывают около сотни направлений. В такой ситуации выбрать с самого начала верную дорогу — большая редкость.
— В таком множестве вариантов, где выделить самое выгодное направление?
Если бы был настоящий рецепт, все тридцать тысяч учёных собрались бы в одном месте. Различные замещающие рецепты существуют. Чтобы понять, куда движется наука, можно посмотреть, где собираются учёные – буквально. На упомянутых ежегодных конференциях нейронаук выставляется около двадцати тысяч стендовых докладов – около сорока километров сжатой информации. И вот здесь хорошо видно, где толпится больше всего людей – это и есть то, что интересует сегодня научное сообщество, это и есть тренд. Но почему это замещение? Потому что Джеймс Уотсон рекомендовал молодым учёным – «выбирай предмет исследования, который опережает свое время». А это значит не быть там, где толпа.
—А где сейчас толпятся ученые?
Множество подобных направлений существует. Одним из них является изучение клеток активного, думающего мозга. Если двадцати-тридцать лет назад большинство молекулярных и гистологических исследований мозга были статическими, то сейчас это динамичные картины, карты активности нейронов в определенный момент когнитивной деятельности. Современные методы позволяют проводить такие исследования. В целом волны интереса обычно следуют за новыми возможностями.
Какие страны имеют наибольший потенциал в настоящий момент?
Американская нейронаука самая массовая и сильная. За ней следуют Германия и Англия, где есть выдающиеся ученые и направления. Китай занимает интересное место: некоторое время назад китайская нейронаука была невелика, но в 2016 году правительство КНР приняло масштабную национальную программу исследований мозга, финансирование которой превосходило американское. Этот проект сравнивали по значимости и масштабу с проектом освоения Луны.
— Кстати, много проектов стартовало в 2010-х — например, проект Human Connectome с его подробным трехмерным изображением мозга и Human Brain Project в Европе. В это время можно сказать, что наступили какие-то рубежи в исследованиях?
Это был лишь один из этапов длительного процесса. Перемены начались в 1990 году, когда Конгресс США принял постановление объявить последнюю декаду двадцатого столетия Десятилетием изучения мозга для Соединённых Штатов.
—Возникли ли принципиально новые методы?
— Да, появились методы позитронной томографии, магнитно-резонансной томографии, но на тот момент важно было не только это. В США потери от болезней нервной системы уже тогда составляли больше триллиона долларов ежегодно. Невозможность вылечить больных с нейродегенеративными заболеваниями формировала огромное экономическое и эмоциональное бремя. После США Евросоюз годом позже объявил этот период десятилетием исследований мозга. Затем Япония, Южная Корея. Во всех странах стало ясно, что нужен прорыв. Это достаточно логично: были столетия, когда прорывы совершались в области физических наук, потом в химии, в XIX веке — в биологии: эволюционная теория, клеточная теория, методы микроскопии, исследования наследственности и т. д. Следующий этап — мозг, разум, сознание.
—Существуют ли сегодня национальные интересы в области нейробиологии? Чем занимаются и чем специализируются исследователи?
Вступив в эти исследования, каждая страна стремится внести что-то новое, избегая повторения уже сделанного другими. Европейская программа Human Brain Project стартовала первой в начале 2013 года и сосредоточилась на изучении и точном моделировании физиологических свойств и микросетей головного мозга. Предполагалось, что с помощью этих данных получится создать суперкомпьютерную модель человеческого мозга, на которой можно будет моделировать искусственный интеллект, когнитивные процессы, изучать эффекты лекарств и так далее. К сожалению, программа так и не была полностью реализована.
Американская программа BRAIN Initiative возникла на конференции в Англии в 2012 году. Там обсуждалась актуальность новых технологий для изучения мозга. Предложили создание карты работы нейронов у разных животных, от мух до человека. Ученые обратились к администрации Белого дома, и в апреле 2013 года президент Обама объявил о программе по раскрытию тайн мозга масштабов, как космической гонки. Акцент был на новых технологиях для понимания работы мозга, так как прорывы в прикладных задачах зависят от них. Программа стартовала в 2014 году и продвинула изучение мозга.
Далее последовала Япония. В отличие от американских и европейских программ, она сосредоточилась на том, в чем традиционно славилась — методах визуализации мозга. Вместо привычных мышей и крыс в качестве объектов исследований были выбраны обезьяны-капуцины. лат. Сейл capucinus imitator весят как крысы, но это приматы, и у них уже с извилинами мозги, которые работают, как мозги приматов. Второй акцент японской программы Brain/MINDS (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies), начавшейся в 2014 году, был сделан на ментальных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и шизофрения. Было решено с помощью приемов моделирования этих болезней путем создания трансгенных обезьян и визуализации нарушений работы их мозга приблизиться к диагностике и лечению.
— Страшно представить, что у китайцев осталось.
У Китая была очень сложная ситуация, потому что старт в мире был четвертым, но выход достойным. Идеологом китайской программы China Brain Project, запущенной в 2016 году сроком на 15 лет, стал выдающийся китайский учёный-нейробиолог Мумин Пу, который недавно приезжал с визитом в страну. Авторы программы заявили: «Наш проект будет похож на самолет: у него будет фюзеляж и два крыла». Фюзеляж — это исследования высших когнитивных функций мозга. А два крыла — это, с одной стороны, различные заболевания мозга, а с другой стороны, искусственный интеллект и моделирование новых поколений систем искусственного интеллекта через новые свойства мозга. Для каждого из этих направлений в Китае есть свои уникальные возможности. Высшие функции мозга решили исследовать на тех, у кого они действительно высшие: на приматах. Китайские ученые сказали: «У нас не только больше миллиарда людей, у нас больше миллиарда макак. Поэтому мы возьмём макаку в качестве основного объекта научных исследований мозга, построим гигантские питомники и сделаем то, что до нас никто в таком объеме не делал: будем делать вместо трансгенных мышей трансгенных макак, у которых геномы будут изменены так, чтобы можно было создавать модели болезней мозга человека».
Второе важное направление — крылья. Китай обладает уникальными возможностями для изучения и разработки методов лечения болезней мозга: в стране проживает наибольшее число пациентов с паркинсонизмом, шизофренией и болезнью Альцгеймера. Это формирует огромные базы данных, которые можно использовать для разработки различных подходов, прежде всего, по превентивной и ранней диагностике этих болезней.
Китайцы считают свой климат благоприятным для развития малых частных компаний, которые могут быть инициативными и быстро реагировать на изменения. Выстраивая свои планы на основе этого факта и достижений в фундаментальных исследованиях когнитивных функций мозга, Китай поставил цель стать лидером в области искусственного интеллекта к 2030 году.
—Возможно ли охарактеризовать ситуацию в России, выделив что-то общее и значимое?
— Здесь начать надо издалека.В русской культуре заложены глубокие корни стремления к познанию высоких функций мозга. И. М. Сеченов, первый из мировых физиологов, предложил программу научных исследований психических явлений посредством изучения физиологии головного мозга.
Глубокую русскую традицию продолжили В.М. Бехтерев, И.П. Павлов, А.А. Ухтомский и другие выдающиеся учёные, развившие начальные исследования в этой области. Единственная Международная организация исследований мозга – IBRO (International Brain Research Organization), объединяющая нейроученых всех стран мира, была задумана и основана в 1958 году в Москве на Международной конференции по электроэнцефалографии. Первая международная программа исследований мозга «Интермозг», которая объединила исследования более дюжины стран социалистического лагеря, была создана в СССР в 1960 году и действовала до 1990 года.
Это одна историческая часть вопроса. Сейчас количество учёных и объём финансирования в других странах во много раз больше нашего, поэтому нам крайне необходима комплексная национальная программа по изучению мозга. Очень хочется верить, что такая программа появится.
— Говоря о прорыве в изучении мозга, чаще всего вспоминаются заголовки о нейрочипах Илона Маска, чтении мыслей и подобных вещах. А когда слово «прорыв» произносят ученые, что имеется в виду? На что направлены такие усилия? За чем идет гонка? Что необходимо понять?
—Всё просто: механизмы работы мозга остаются неизвестными, нам нужно это выяснить.
— Ну как же так?!
—Как утверждает выдающийся современный нейроученый Антонио Дамасио, идея о том, что у нас есть четкое понимание того, что такое мозг и как он функционирует, является заблуждением.
— А в чём главная загадка?
— Как рождается мысль.
— А что насчёт методов визуализации, о которых обсуждали, способных изучать работу мозга человека? Не это ли всё?
—Для понимания происходящего необходима теория, подобно любой другой науке. Без нее есть сознание, а есть его отсутствие – например, сон без сновидений или кома. Наука не располагает ответами на вопросы о возникновении и форме сознания в мозге.
Многие предлагали кандидаты на роль нервных коррелятов сознания, но пока ни одно предположение не подтвердилось.
Даже спорили за бутылку вина по этому поводу.
—Почти полтора года назад на съезде Ассоциации научных исследований сознания в Нью-Йорке исследователь нервных основ сознания Криштоф Кох проиграл спор на ящик вина философу сознания Дэвиду Чалмерсу. На одной из первых конференций ассоциации Кох заявил Чалмерсу: «Через 25 лет мы будем знать нервные корреляты сознания». В 2023 году Кох признал, что этого не произошло.
— Какие организации претендуют на этот статус сейчас?
—Несколько научных теорий предсказывают, что должно произойти. Между ними развернулась борьба, которую называют состязательным сотрудничеством. Фонд Templeton Foundation, заинтересованный в понимании основ сознания, выделил на этот проект 20 миллионов долларов.
Одна теория —Теория глобального рабочееgго пространства нейронов —Группа ученых, включая французских исследователей Станисласа Деана и Жан-Пьера Шанже, утверждает, что сознание связано с определенными операциями в передних отделах коры головного мозга. Другая теория, разработанная американским нейроученым итальянского происхождения Джулио Тонони, называется теорией интегрированной информации. Эта теория предсказывает, что процессы сознания протекают в задних областях мозга, прежде всего в теменной коре.
— То есть прямо наперекор друг другу?
—Да, предложения прямо противоположны: спереди — сзади. Похоже на противостояние тупоконечников и остроконечников по способам разбивания яйца в «Приключениях Гулливера» у Джонатана Свифта. В итоге пять лабораторий мира начали проверять эти предсказания, и как раз к конференции в Нью-Йорке в 2023 году вышли первые результаты этого состязательного сотрудничества, которые показали, что обе теории не выдерживают полной проверки. Поэтому я и говорю: центральным нерешенным вопросом остается принципиальный вопрос — как работает мозг, осуществляя свою основную функцию?
— Я прочитала, что ещё в 1980-х годах в Академии наук существовала комиссия по изучению сознания… И что однажды там поставили задачу: к утру написать, что такое сознание. В итоге никто ничего не написал.
Комиссия, о которой вы говорите, скорее всего, это Межведомственный совет по проблеме «Сознание» при президиуме АН СССР под руководством Е.П. Велихова. В его состав входили выдающиеся психологи и философы, нейроученых было почти не видно. Мое глубокое убеждение – сознание можно понять только изучая мозг изнутри.
— Как вы сейчас определяете понятие сознания?
—Я склонен использовать самое первичное определение сознания. В конце XVII века известный английский философ Джон Локк писал: «Сознание — это восприятие того, что происходит в разуме человека». То есть ощущения разума своих собственных состояний. На языке моей гиперсетевой теории мозга это очень близко к её положениям.
В вашей гиперсетевой теории мозга, что выступает носителем сознания?
—Для обозначения этого носителя использую термины «когнитом» или «нейронная гиперсеть». Когнитом — научный термин, обозначающий в теории то, что в разные эпохи и на разных языках (древнегреческом, латыни, английском, немецком) именовали душой, духом, психикой, разумом, умом. Когнитом, можно сказать, — это когнитивный геном организма, содержащий всю совокупность его знаний, субъективного опыта.
— Так что же является его физическим носителем сознания?
Термин «физический носитель» неверен. Он появился из-за представлений о том, что всё объективное сводится к физическому, благодаря открытиям Галилея, Ньютона и других великих физиков. Однако такое представление ошибочно. Биология и психология не сводятся ни к физике, ни к химии. «Физический носитель» можно трактовать как материальный объем, где расположена структура, которую называют разумом или когнитомом, например, в мозге.
—Какая именно?
Ответ на разные вопросы может быть различным для животных и человека из-за особенностей их нервных систем. Теория указывает на глубокую часть мозга как универсальный ответ, подобно глубоким нейронным сетям в искусственном интеллекте.
Способ упаковки глубинной структуры в различных нейронных сетях осьминога, птицы и обезьяны определяет эволюция развития их нервных систем. Но главное – это части мозга, удалённые от внешнего мира, от рецепторов или исполнительных элементов тела. В этих глубоких слоях сходятся множество предварительно переработанных сигналов: зрительные, слуховые, обонятельные и других видов сенсорики, а также сигналы внутренних мотиваций — голода, жажды и подобных потребностей организма.
Глубокие слои нейронов способны связывать информацию и накапливать следы интеграций благодаря эпигенетической памяти клеток, которая формируется после рождения. Эти клетки обладают уникальным свойством — хранить результаты взаимодействия организма с миром, формируя все новые элементы опыта. Это знающие нейроны, которые знают о крупицах внешнего мира, воспринимаемых в виде стекающихся сигналов и создающих у них мини-образы того, что видит весь организм, своего рода микро-«я».
Теория определяет когнитивный организм как систему, отдельные элементы которой содержат неразложимые частицы знания о мире и взаимоотношениях с ним. Животное, инопланетянин или искусственный интеллект, обладающие такими элементами — это когнитивные существа. У них есть субъективный опыт, формирующийся из накопленной информации, присущей каждому индивидуальному существу после взаимодействия с миром через свои потребности.
— В вашей теории есть понятие «кротовых нор» в структуре мозга. Что это значит, и как это связано с познающими нейронами?
Эта идея выходит за рамки обычных представлений о функционировании мозга. Марвин Минский, известный американский ученый, руководивший лабораторией искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте, выразил суть этих представлений: «наши мозги — это те же компьютеры, только сделанные из мяса». Это значит, что компьютер и мозг работают одинаково. Другими словами, в основе работы мозга лежит принцип вычисления. Сейчас многие люди, включая именитых ученых, придерживаются этого мнения.
Теория гиперсетей о мозге утверждает, что подобный режим вычислительных операций действительно присутствует в нашем головном мозге. Мы применяем его в своих действиях, размышлениях, процессах мысли и логических умозаключениях.
Согласно теории, существует ещё один режим — не вычислительный. Из гиперсетевой теории неизбежно следует, что когнитом, то есть наш мозг на его высшем уровне, пронизан «кротовыми норами». Клетками-ячейками образованы эти «кротовые норы», накапливающими элементы индивидуальной памяти. Вычислительные процессы, дойдя до этих мест, проваливаются в них, попадая в ветвящиеся туннели ходов прошлого опыта, несомого этими нейронами-хабами. Эти ходы никак не связаны с текущей логикой вычислений. Более того, в этих тоннелях нет ни линейной последовательности, ни времени. Попав в такую кротовую нору, можно одновременно встретиться со мною, существовавшим и три дня назад, и три недели назад, и три месяца назад, и три года назад, и тридцать лет назад — то есть увязать единицы моего опыта, которые возникали в разные моменты жизни и в совершенно разных ситуациях. И все это происходит одновременно, поэтому там не течет время.
В описании этих процессов использую образный, метафорический язык, однако теоретической основой служат прочные принципы.
— Эти процессы — интуиция?
—В кротовых норах живут интуиция и творчество.
— Очень заманчиво, но как проверка на крысах возможна?
—Полно, это возможно. Когнит – всё-таки, как я говорил, универсальная система для всех мыслящих существ. И, следовательно, и его подземные ходы таковы же. Другой вопрос — в том, что технически подобная проверка требует сложных экспериментов.
Сначала необходимо создать искусственную историю мышиного разума, выстроив последовательность эпизодов и заложив их в одних и тех же пересекающихся нейронах с помощью технологии «аллокацией памяти». Важно точно знать, какие именно нейроны в мозге мыши участвуют в воспоминаниях. Для этого можно использовать генетическое меченье нейронов, активных во время обучения. Затем необходимо вызвать у мыши воспоминание о какой-то проблематичной ситуации и пронаблюдать за активностью ее нейронных сетей при решении задачи. Если теория верна, то в момент решения задачи «зашевелятся» помеченные нейронные ансамбли старых воспоминаний, связанных через кротовую нору нейрона-хаба.
— Отлично! Но вы рискуете попасть в этическую ловушку. Если мы говорим о сознании, даже у крысы, то как его можно изучать на осознающем существе?
—В различных научных центрах мира всё чаще проводятся исследования активности нейронов у неврологических пациентов.
Существует альтернативный подход: если когнитивные процессы и субъективный опыт представляют собой универсальные закономерности для всех когнитивных существ, то их природу можно исследовать и на животных.
Аналогия проста: нет необходимости изучать ДНК человека, чтобы понять общие принципы устройства генома живых организмов.
Остается актуальным вопрос о том, что делает мир познания человека особенным.
Несколько лет назад состоялась первая крупная международная конференция, объединившая нейрофизиологов и буддийских представителей во главе с Далай-ламой. Вместе они обсуждали сознание не только у животных, но и у растений. Актуальным ли это направление в науке? Или все еще путём для отдельных исследователей?
—Изучение сознания животных станет важным направлением научных исследований. Влияет традиционное мышление, считавшее, что термин «сознание» применим только к человеку из-за языка, культуры, системы социального наследования и т. д., а у животных по определению его нет. Все больше ученых признают, что с определённого момента в истории Земли среди живых существ появились когнитивные существа с чувствами и субъективным опытом.
В теории речь идёт о существах, которые я называю К-существами. И их есть два типа. Одни, К1Существа обладают тем, что сейчас считается базовым, первичным сознанием — способностью чувствовать, переживать и формировать субъективный опыт. Чувствовать боль. Желать тепла. Помнить места, где встречалась пища или хищники. 1-существах фундаментально такое же, как у нас.
А дальше появились мы — пока единственные К2Мы, благодаря языку, культуре и самосознанию, поднялись на новую ступень по сравнению со всеми другими биологическими существами, обретя новые возможности восприятия и постижения мира.
Как изменятся представления о мире, если признать, что у животных имеется базовый разум, подобный человеческому?
—Возможно, это станет крупнейшей научной революцией с тех пор, как Дарвин помог нам осознать, что с точки зрения эволюции являемся частью организованного по общим законам большого биологического мира. Теперь мы, вероятно, поймем, что являемся частью устроенного по общим законам большого когнитивного мира. То есть существа, обладающие внутренним миром, не одиноки.
Вытекающие из этого выводы коснутся этической стороны вопроса. Если какие-то существа обладают базовым сознанием, чувствами боли и страдания, то безответственно не принимать это во внимание и рубить живую рыбу топором или бросать раков живьём в кипящую воду будет недопустимо. Кроме того, такое понимание важно для прорыва в понимании сознания, о котором говорилось в начале. Более четырёх десятилетий посвятил изучению тайн памяти, многого в ней добился. Уверен, что эти знания могут быть применены для разгадки тайны К. 1 Ученые долгое время считали, что память — часть сознания. —Это свойство человеческой души, потому оно присуще только человеку. Из-за этого научные исследования памяти долгое время не продвинулись вперед, так как человеку даже сегодня нельзя эффективно проникать в клеточные и молекулярные механизмы памяти. Но когда в 1940-х годах было доказано, что базовые феномены, первоначально открытые для человеческой памяти, присутствуют и у животных, это сразу же распахнуло широкие ворота для исследований фундаментальных механизмов памяти. Находки в этой области привели к революции в науке о памяти, в том числе и памяти человека. По аналогии с этим я предвижу, что признание сознания у животных откроет небывалые возможности для понимания не только общих механизмов сознания в животном мире, но и нашего собственного человеческого сознания.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России в проекте «Популяризация науки и технологий».