Новая теория объясняет эволюцию сознания

С того момента как Чарльз Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов» в 1859 году, эволюция стала великой объединяющей теорией в биологии. Тем не менее, один из наших наиважнейших биологических признаков, а именно сознание, редко изучается в контексте эволюции. Теории сознания чаще появлялись из религии, философии, когнитивных наук, и куда реже из эволюционной биологии. Возможно поэтому редкая теория в состоянии ответить на такие базовые вопросы: «В чем ценность сознания для адаптации? Когда оно возникло и у каких животных оно есть?» 

Теория схемы внимания (attention schema theory, AST), разработанная за прошедшие 5 лет, возможно, способна ответить на эти вопросы. Эта теория полагает, что сознание возникает как решение одной из наиболее фундаментальных проблем, с которой сталкивается любая нервная система: количество постоянно поступающей информации слишком велико для полной переработки. Мозг развил постепенно усложняющиеся механизмы для глубокой выборочной обработки одних сигналов ценой пропуска других, и AST полагает, что сознание есть конечный результат этой эволюционной последовательности. Если эта теория справедлива — что еще требуется доказать — значит, сознание постепенно эволюционировало на протяжении полумиллиарда лет, и присутствует у многих позвоночных. 

Даже до возникновения центрального мозга нервные системы пользовались простым вычислительным трюком. Нейроны действовали подобно кандидатам на выборах, когда каждый кричит и старается подавить своих собратьев. В любой момент в этом интенсивном соревновании побеждают лишь несколько нейронов, и их сигналы оказываются сильнее шума, влияя на поведение животного. Этот процесс называется «селективное усиление сигнала», и без него нервная система практически ни на что не способна. 

Мы можем предположить, когда возникло селективное усиление сигнала, с использованием распространенного метода эволюционной биологии — сравнивая различные виды животных. Гидра, маленький родственник медузы, имеет, пожалуй, самую простую из известных форм нервной системы — сеть нервов. Если вы ткнете гидру куда угодно, она выдает обобщенную реакцию. Это показывает отсутствие признаков селективной обработки одних касаний при стратегическом игнорировании других. Судя по данным генетического анализа, разделение между предками гидр и других животных могло произойти еще 700 миллионов лет назад. Вероятно, с этого момента и возникло выборочное усиление сигналов. 

С другой стороны, глаз членистоногих представляет собой один из наиболее изученных примеров селективного усиления сигналов. Он выделяет сигналы, относящиеся к видимым ребрам объектов, и подавляет другие, таким образом создавая как бы контурный набросок окружающего мира. Следовательно, селективное усиление, вероятно, возникло где-то между гидрами и членистоногими, 600-700 миллионов лет назад, где-то близко к возникновению сложной многоклеточной жизни. Это настолько примитивная техника, что оно даже не требует центрального мозга. Глаза, сеть тактильных сенсоров тела, слуховая система могут иметь собственные, локальные версии средств фокусировки на небольшом числе избранных сигналов.

Следующим шагом эволюции стал централизованный контроллер внимания, который мог координировать все чувства. У многих животных, функции такого контроллера выполняет область мозга, которая называется тектум, или крыша среднего мозга. (тектум означает «крыша» на латыни, и зачастую он покрывает верхнюю часть мозга). Он координирует то, что называется открытой ориентировкой внимания — нацеливание глаз, ушей и носа по направлению к чему-то важному.

Тектум есть у всех позвоночных — рыб, рептилий, птиц и млекопитающих. Он есть даже у миноги, которые появились рано в процессе эволюции, что у них даже нет нижней челюсти. Но, как известно, тектум отсутствует у всех беспозвоночных. Тот факт, что у позвоночных он есть, а у беспозвоночных нет, позволяет нам предположить момент его появления. Судя по окаменелостям и генетическому анализу, позвоночные появились около 520 миллионов лет назад. Тектум и центральное управление вниманием, вероятно, появились в то же время, в период так называемого кембрийского взрыва, когда позвоночные были маленькими извивающимися животными, соревнующимися в море с широким спектром беспозвоночных. 

Тектум — это прекрасно сконструированная инженерная система. Чтобы эффективно управлять головой и глазами, он создает нечто вроде внутренней модели, это понятие хорошо известно инженерам. Внутренняя модель — это симуляция, которая следит за объектами управления и позволяет осуществлять планирование и предсказание. Внутренняя модель тектума — это набор информации, закодированный в комплексном паттерне активности нейронов. Эта информация симулирует текущее состояние глаз, головы и других основных частей тела, предсказывая, как эти части тела будут двигаться, и последствия их перемещений. 

Например, если вы двигаете ваши глаза вправо, то видимый мир должен сдвинуться на сетчатке влево неким предсказуемым способом. Тектум сравнивает предсказанные визуальные сигналы и реальную визуальную информацию, чтобы убедиться, что ваши движения происходят в соответствии с планом. Эти вычисления необычайно сложны, и все же они стоят затраченной на них энергии, улучшая контроль движения. У рыб и амфибий тектум — это вершина сложности и самая большая часть мозга. Лягушки также неплохо симулируют самих себя. 

Во время эволюции рептилий, около 300-350 миллионов лет назад, в мозге начала возникать новая структура — дорсальное возвышение (Wulst). Птицы унаследовали его от своих рептильных предков. Млекопитающие тоже, но нашу версию обычно называют церебральный кортекс, и она значительно расширилась. В человеческом мозге это структура, значительно превосходящая по размеру все остальные. Иногда вы можете услышать, что рептильный мозг это грубая, автоматическая часть, которая остается, если удалить кору, но это неверно. Истоки кортекса находятся в рептильной дорсальной возвышенности, а рептилии вероятно умнее, чем полагаем.

Кортекс похож на усовершенствованный тектум. У нас все еще есть тектум, запрятанный под корой, и он выполняет те же функции, что и у рыб, и амфибий. Если вы слышите внезапный звук или видите движение на периферии зрения, тектум быстро и точно направляет взгляд на него. Кортекс тоже принимает сенсорные сигналы и координирует движения, но его репертуар куда более гибкий. В зависимости от контекста, вы можете посмотреть вперед, оглянуться, издать звук, станцевать или просто сохранить это сенсорное событие в памяти, на случай если оно может пригодиться в будущем. 

Самое важное различие между кортексом и тектумом может заключаться в типе внимания, которым они управляют. Тектум — это хозяин открытого ориентировочного внимания, он направляет сенсорный аппарат в сторону чего-то важного. Кортекс повышает ставки, реализуя так называемую скрытую ориентировку внимания. Вам не требуется смотреть прямо на что-либо, чтобы за ним наблюдать. Даже если вы повернетесь к объекту спиной, ваш кортекс может направлять на него ресурсы внимания. Ученые часто сравнивают скрытое внимание с фонариком (эта аналогия была предложена генетиком Францисом Криком). Кортекс может сдвигать скрытое внимание с текста перед вами на человека рядом, на звуки на заднем дворе, на какую-то мысль или воспоминание. Скрытое внимание — это виртуальное перемещение процесса глубокой обработки от одного объекта к другому.

Кортексу необходимо контролировать эти перемещения, а значит, как любому эффективному контроллеру, ему требуется внутренняя модель. В отличие от тектума, который моделирует конкретные объекты вроде глаза и головы, кортексу приходится моделировать нечто куда более абстрактное. Согласно теории AST, он делает это с использованием схемы внимания — постоянно обновляемого набора информации, которая описывает, что в каждый момент времени делает скрытое внимание и последствия этого. 

Проведите мысленный эксперимент. Если бы вы могли как-то присоединить внешний речевой механизм к крокодилу, так чтобы этот механизм имел доступ к информации схемы внимания в мозге крокодила, то этот технологичный крокодил мог бы сказать: «Внутри меня есть нечто неосязаемое. Это не глазное яблоко, не голова и не лапа. Оно существует нематериально. Это мое ментальное владение вещами. Оно перемещается от одних вещей к другим. Когда этот таинственный процесс внутри меня хватается за что-то, он позволяет мне понимать, помнить и реагировать».

Конечно, крокодил ошибается. Скрытое ориентировочное внимание вовсе не незаметно. Оно имеет телесную основу, но эта физиологическая основа лежит в микроскопических деталях нейронов, синапсов и сигналов. Мозгу нет нужды знать все эти детали. И поэтому схема внимания намеренно размыта. Она отображает скрытое внимание не соответствующим физиологии образом, как бестелесную сущность. Согласно теории, это и есть истоки сознания. Мы утверждаем, что у нас есть сознание, поскольку глубоко в мозге нечто довольно примитивное вычисляет вот такое вот наше полумагическое самоописание. Увы, в реальности крокодилы не разговаривают. Но в теории у них скорее всего есть хотя бы простая форма схемы внимания.

Когда я думаю об эволюции, я вспоминаю цитату Тедди Рузвельта «Делай что можешь, с тем что имеешь, там где ты есть». Эволюция руководствуется оппортунизмом такого типа. Плавники становятся ступнями. Жаберные дуги — челюстями. А модели себя становятся моделями других. В теории AST схема внимания сначала появилась как модель внутреннего внимания какого-то существа. Но как только такой механизм начал действовать, согласно теории, он стал применяться и для моделирования состояния внимания других существ, чтобы осуществлять социальное предсказание. То есть мозг не только вводит сущность сознания для себя, но и начинает приписывать сознание другим. 

Когда психологи изучают социальное познание, часто они фокусируются на так называемой теории разума, способности понимать возможное содержимое чьего-то разума. Некоторые из более сложных примеров такого поведения свойственны лишь людям и обезьянам. Но эксперименты показывают, что собаки, глядя на других собак, могут понять: «Замечает ли она меня?». Вороны также обнаруживают впечатляющую теорию разума. Если они прячут еду, и это видит другая птица, они дождутся, пока она уйдет, а потом перепрячут еду, как если бы они были способны вычислить, что другая птица замечает, куда они ее прятали в первый раз, и не заметит то место, куда они ее перепрячут. Так как базовая способность наделять сознанием других присутствует у млекопитающих и птиц, ее истоки могут лежать в их общих предках — рептилиях. 

В истории эволюции согласно AST, социальное познание начинает возникать с тех пор, как возникло дорсальное возвышение (wulst) у рептилий. Возможно, крокодилы не самые сложные в социальном аспекте существа на Земле, но они живут в больших сообществах, заботятся о потомстве и могут быть преданными, хоть и несколько опасными домашними животными.

Если AST верна, то за время 300 миллионов лет рептильной, птичьей и млекопитающей эволюции модели себя и социальные модели развивались в тандеме, оказывая влияние друг на друга. Мы понимаем других людей, «проецируя» себя на них. Но также мы понимаем себя, представляя как нас могут видеть другие. Данные из моей лаборатории дают основания считать, что кортикальные сети в мозге, которые позволяют нам наделять других сознанием, сильно переплетаются с теми сетями, которые ответственны за наше собственное ощущение сознания. 

Язык — возможно, один из самых недавних значительных скачков в эволюции сознания. Никто не знает, когда впервые появился язык. Определенно он уже был 70 тысяч лет назад, когда люди начали расселяться по миру, так как у всех рассеявшихся по планете групп был сложный язык. Отношения между языком и сознанием — частый предмет споров, но в одном мы точно можем быть уверены: как только мы выработали язык, мы стали способны говорить о сознании и сравнивать наши заметки. Мы смогли сказать вслух: «Я осознаю, что происходит. И она. И он. И вот эта река, которая только что пыталась смыть мою деревню.»

Возможно отчасти благодаря языку и культуре у людей есть отчетливая тенденция приписывать сознание всему вокруг нас. Мы приписываем сознание героям историй, пупсикам и куклам, штормам, рекам, пустым простраствам, призракам и богам. Джастин Барретт называет это Гиперактивным Детектором Агентности, или ГДА (Hyperactive Agency Detection Device, or HADD). Если подумать, то лучше быть в безопасности, чем потом сожалеть. Если ветер шелестит в траве, и вы спутаете его со львом, ничего страшного не случится. Но если вы не заметите настоящего льва, вы будете изъяты из банка генов. Тем не менее, я считаю, что ГДА заходит куда дальше распознавания хищников. Это следствие нашей гиперсоциальной природы. Эволюция усилила нашу склонность моделировать других, и теперь мы в высшей степени восприимчивы к состоянию разума других людей. Это дает нам преимущество в адаптации. Но неизбежным побочным эффектом этого являются ложные срабатывания, или обнаружение призраков. 

И вот теория эволюции приводит нас к современному представлению о человеческом сознании, которое мы приписываем себе, другим, а также богатому миру духов, призраков и богов в пустых пространствах вокруг нас. Теория AST покрывает многие области, от простых нервных систем до симуляции себя и других. Она представляет собой основу для понимания сознания, многих его адаптивных применений и его продолжающейся эволюции.

Майкл Грациано — профессор психологии и нейронаук в Принстонском университете. Автор книги «Пространства между нами: история нейронауки, эволюции и человеческой природы».