Штурм мозга

Москва, 29.05.2006
«Эксперт Северо-Запад» №20 (273)
Когнитивные науки могут осуществить прорыв в нашем понимании себя и окружающего мира

Когнитивные науки в самом широком смысле – совокупность дисциплин о познании, т.е. приобретении, хранении, преобразовании и использовании знания. Мировое сообщество когнитологов сегодня объединяет специалистов по психологии, философии, антропологии, биологии, лингвистике, нейро- и компьютерным наукам. Во второй половине XX века они вели активный поиск общего языка и общей платформы для проведения совместных междисциплинарных исследований в области процессов познания. Сегодня, по словам экспертов, такая платформа во многом создана. О том, что она собой представляет, рассказывает нейролингвист с мировым именем профессор Санкт-Петербургского государственного университета, доктор биологических и филологических наук Татьяна Черниговская.

Ловушка Гёделя

– До наступления эпохи специализации научного знания мир во всем его многообразии изучала одна дисциплина – натурфилософия. Сегодня мы видим, что самостоятельным научным направлениям все сложнее отвечать на самые простые, фундаментальные вопросы. Когнитивная наука – это попытка синтеза, попытка вернуться к некой единой науке?

– На протяжении последних 50 лет мы наблюдаем постепенное размывание границ между науками. Возникает все больше таких дисциплин, как биохимия, физическая химия, нейролингвистика. И дело здесь не только в веяниях моды. Силами одной науки изучать такие сложные объекты, как, например, мозг, становится просто невозможно. Мы подходим к некоему рубежу в понимании, когда необходимо объединить те научные картины, которые были выработаны внутри различных дисциплин, – биологии, химии, физики, психологии, лингвистики. Когнитивные науки (cognitive science) – это сравнительно новый тип занятий. Предметом исследования здесь являются механизмы познания в широком смысле – естественные мыслительные процессы у человека и животных, а также моделирование этих процессов в системах искусственного интеллекта. Например, для того чтобы робот – голливудская игрушка – играл в мяч, он должен видеть, слышать, обладать тактильными способностями. Долгое время одной из самых сложных задач для робототехники было научить робота держать яйцо. Элементарное, казалось бы, действие! Однако если держать яйцо слишком сильно, оно разобьется, слишком слабо – выпадет.

Еще сложнее обстоит дело с системами искусственного интеллекта, призванными соревноваться с нами на интеллектуальном поле. Для того чтобы эти системы «мыслили», надо вложить в них некий алгоритм действия, а как это происходит, мы не знаем. Мы находимся в своеобразной ловушке: согласно теореме Гёделя, система не может изучать другую систему, организованную более сложно. Мозг так неизмеримо сложен, что никакого шанса узнать, как он функционирует, по-моему, нет. Мы играем в абсурдную игру, но это ужасно интересно. И все продолжают играть в надежде на то, что до чего-нибудь все-таки доиграются.

– Сегодня многим ученым кажется, что в познании мы приближаемся к какой-то критической точке. Становится непонятно, как развиваться дальше: накапливается все больше и больше фактов, но что с ними делать?

– Если говорить об изучении мозга, у нас все время появляется новая, все более сложная аппаратура, способная рассматривать мельчайшие объекты. Однако это мало продвигает нас вперед в понимании. Активное изучение мозга началось в 1980-х годах, с развитием техники: появились различные томографы – позитронно-эмиссионные, магниторезонансные. Прежде вся информация о мозге поступала к нам из клиники (предметом исследования был больной мозг, и нам необходимо было делать на это поправку).

Современная аппаратура дает возможность исследовать здоровых людей. Существуют, например, работы по изучению мозговой активности человека во время синхронного перевода. На картинке видно, что мозг просто горит: все его силы брошены в дело, задействовано огромное количество зон. Недаром для синхронистов высокого ранга существуют жесткие ограничения на время работы – не более 20 минут, а после их «выносят на травку» подышать кислородом. Стало видно, что в такой работе участвуют не только речевые зоны мозга, очень велика, например, роль правого полушария, которое раньше считалось неречевым. Такое исследование еще лет 20 назад казалось просто невозможным!

Однако вал данных нисколько не облегчает, а только парадоксальным образом усложняет нашу жизнь. Чем больше мы знаем, тем меньше понимаем. Сначала у нас была картинка, в которой все делилось на два (на правое и левое полушария мозга), потом – на четыре, теперь – на 188 или на 2088. Более того, картинка эта не статичная, а динамичная: во вторник мозг ведет себя так, в среду – иначе. Очень много переменных, и что делать с этой мозаикой, совершенно непонятно.

В человеческом мозге 140 млрд нейронов. Каждый из нейронов обладает ветвящимися щупальцами – дендритами и аксонами, число которых у одного нейрона может достигать 10 тыс. Допустим, у нас появился прибор, способный рассмотреть каждый из элементов этой кошмарно сложной картинки. Нужна ли нам эта информация, что толку видеть все эти элементы? Проблема ведь не в том, чтобы разглядеть, а в том, чтобы понять. А вот для понимания нужен, по-видимому, какой-то философский прорыв. Факты поступают постоянно. В моей области, например, каждый день появляются новые статьи. Все это невозможно даже прочесть, не то что осмыслить, а поскольку требуется еще и информация из соседних областей, то становится ясно, что мы зашли в тупик. Необходим рывок, нужен гений. Кто-то должен прийти и сказать: «Вы все это собрали – отлично. А теперь давайте это выкинем и будем делать совсем другие вещи».

Накормить Африку?

– Давайте проиллюстрируем сложность когнитивных процессов на каком-нибудь примере. Предположим, вы учите иностранца русскому языку – показываете ему карандаш, называете его, и человек должен это запомнить. Что значит – запомнить?

– Говоря очень примитивно, портрет этого карандаша должен разместиться в затылочном отделе головного мозга, где хранятся зрительные образы. Слово «карандаш» при этом разместится в другом месте, причем слово произнесенное – в одной зоне, а слово написанное – в другой. Когда на следующий день я показываю ученику карандаш и спрашиваю: «Что это?», а он мне отвечает: «Карандаш», это значит, что у человека установилась физико-химическая связь между той зоной мозга, где хранится портрет карандаша, и той, где записано его название. Вспомнить нечто выученное означает по единственно верной тропинке добраться до адресата. Каким образом удается идти именно по этой тропинке и не прийти куда-нибудь в другое место? Как получается соединить точку в одной части мозга с точкой в другой части, ничего не перепутав в хитросплетении триллионов аксонов и дендритов? Это запредельная степень сложности, понять это невозможно.

– Тогда есть ли шанс когда-нибудь получить ответы на те самые «простые вопросы»? Например, что такое сознание?

– В 1980-х годах при президиуме Академии наук существовал совет по вопросам сознания, который возглавлял известный физик-теоретик, академик Евгений Велихов. Этот совет периодически собирал школы по проблемам сознания для узкого круга специалистов высочайшего класса – человек 20-30, не более. Участники выступали с докладами, а поскольку все жили вместе, то поддерживался постоянный разговор, шел, что называется, непрерывный мозговой штурм. И мне запомнился один эпизод: как-то вечером председатель попросил, чтобы каждый из собравшихся к утру подал ему записочку, на которой было бы написано: «Сознание – это…» На следующий день он не получил ни одной записки.

Разумеется, тривиальные определения сознания известны всем. По-настоящему же никто не может объяснить, что это. Недаром так труден перевод английского термина, обозначающего то, чем мы занимаемся, – brain, language and mind. Как перевести mind? «Мозг» – нельзя, потому что есть brain. «Сознание» – но есть еще consciousness, self-awareness. И дело, конечно, не только в английском языке. Мы в принципе не знаем, что такое mind. Сознание равно мозгу или не равно? Это нетривиальный вопрос. Существует точка зрения, что мозг – субстрат, который порождает сознание. Но как тогда быть с коллективным бессознательным? Довольно много людей считают сознание неким облаком, связанным с ноосферой, которое летает всюду, в то время как мозг – приемник, выхватывающий из него отдельные куски. О бессознательном мы знаем не больше, ведь это отнюдь не только инстинкты. Человечество достаточно развилось технологически. Но в сфере философии после древних греков оно явно продвигалось не семимильными шагами. У Аристотеля уже все написано, причем для всех наук сразу, что совсем уж обезоруживает…

– При таком релятивизме выводов, да еще с учетом запредельно высокой стоимости аппаратуры для исследований мозга какой-нибудь налогоплательщик может резонно возмутиться: «Чем тратить мои деньги на сомнительные исследования, не лучше ли накормить голодную Африку?» В чем ценность когнитивных наук для общества?

– Такой вопрос будет вполне обоснован. Однако исследования мозга продолжаются. Ученые во многом верят в романтическую идею о том, что, разобравшись в устройстве мозга, мы поймем, как устроен мир. Ну или по крайней мере будем гораздо лучше понимать себя. И прогресс в этом отношении все же есть.

Приведу лишь один пример. Сейчас в мире очень много людей с дислексией – нарушениями процессов чтения. По неведомым причинам их количество растет. Более 30% населения англоговорящих стран страдают от этой дисфункции. По словам школьных учителей, в каждом классе есть хотя бы один дислексик. Дислексия часто связана с дисграфией. В итоге эти люди попадают в очень сложное положение: часто они неправильно оцениваются обществом – либо как лентяи, либо как люди с чрезвычайно низким интеллектом, что абсолютно неверно. Например, в школе таким детям обычно ставят двойки и всячески их третируют.

Однако эти «педагогические меры» бесполезны, если мозг ребенка просто не успевает справляться с текстом. Ведь чтение – это страшно сложная процедура. Маленькие буковки сами по себе не имеют никакого смысла. Смысл возникает только когда вы их соединили. И соединять их нужно с определенной скоростью. Кроме того, необходима оперативная память, чтобы, дочитав предложение до конца, не забыть, что было в начале. Чтение – это комплексный процесс.

Почему дислексики плохо читают? В Гарварде научная группа, изучавшая мозг дислексиков, обнаружила нарушение размеров клеток в зрительной коре: маленькие клетки были недостаточно малы, а большие – недостаточно велики. В результате эти люди не могли набрать скорость, необходимую для плавного чтения. При классической дислексии у человека нормальный слух, зрение, психика, интеллект, но он не может овладеть чтением и письмом. Однако если ему дать возможность работать со специальными программами – перевести большую часть заданий в картинки, компьютерные программы, начитывать тексты на пленки, то дислексик сможет учиться не менее эффективно, чем большинство людей без этой дисфункции.

За последние 20 лет когнитивные науки стали площадкой для междисциплинарного диалога в области изучения человеческого познания

Если мальчик в диктанте делает 60 ошибок на странице, но при этом выигрывает все математические олимпиады, это явный показатель специфичности ряда когнитивных процессов, а не того, что мальчик болван и лентяй. Классическим примером прекрасно образованных, умнейших людей, страдающих дислексией, является королевское семейство Швеции. Поэтому один из результатов когнитивных исследований – уже само осознание того, что наш мозг невероятно сложно устроен. В нем постоянно идут миллионы процессов, при этом у одних людей лучше развиты одни, а у других – другие. Если вы возьмете среднестатистического американца и папуаса и сделаете вывод, что у первого мозг развит лучше, чем у второго, это будет неправильный вывод. Потому что мозг каждого из них предназначен для специфической среды, в которой он живет. И сравнивать на этом основании два разных по типу интеллекта будет неправомерно. Изучение всех этих различий также входит в задачи когнитивных наук.

Место для шага вперед

– Что будет представлять собой петербургский форум по когнитивным наукам?

– Международное общество когнитивных наук, очень крупное, уже 27 лет собирает ежегодные международные конференции, на которые съезжаются представители самых разных дисциплин. В этом году мы решили провести подобную конференцию в Петербурге. Пройдет она с 9 по 13 июня на базе Санкт-Петербургского государственного университета. В конференции примет участие более 500 человек, в том числе 200 иностранцев. Днем будет проводиться работа по секциям, а утром и вечером самые известные ученые будут читать открытые лекции. К нам приедет много специалистов, занимающихся процессами мышления и памяти у животных, – биологи, этологи, нейрофизиологи, исследующие, например, процессы научения и выбора – как, скажем, переносится информация из одного полушария головного мозга цыпленка в другое.

До сих пор ведутся споры о том, можно ли говорить о мышлении животных. Те, кто занимается животными, уверены, что мышление, бесспорно, имеет место (и у сверчков, и у мышей, и у ворон выделяют способность к дедукции и индукции, не говоря уже об обезьянах). На конференцию также приедут специалисты по искусственному интеллекту и нейронным сетям, по зрению, слуху. Дело в том, что глаза, уши – это лишь двери и окна в мозг: смотрит глаз, слушает ухо, а видит и слышит мозг. Поэтому и считается: чтобы понять, как устроен мир, надо узнать, как устроен мозг.

Когда мы составляли программу конференции, первым желанием было собрать биологов в одной секции, а математиков – в другой. Сейчас наша принципиальная позиция – всех перемешать. Чтобы специалисты по птицам слушали робототехников, а те, в свою очередь, – специалистов по глаголам. Открытия делаются с помощью ассоциативного мышления. Невозможно спланировать открытие (недаром оно приходит во сне или вдруг падает на голову яблоко – и внезапно происходит то, чего вчера еще никто не ожидал). Чем больше ассоциаций к человеку придет, самых пестрых (и именно в разговоре, без чтения тонны книг и сотен тонн статей), тем лучше. Необходимо собраться за одним столом и дать друг другу слово говорить не на птичьем языке (который у каждого свой), а так, чтобы мы могли понимать друг друга. Возможно, во время таких дискуссий и разговоров и случится прорыв.

Главное достижение последних 20 лет состоит именно в том, что представители разных наук нашли общую платформу для сотрудничества. Сегодня специалисты по мозгу идут к лингвистам со словами: «Помогите, иначе мы можем сделать ошибку», и наоборот. Это огромный прорыв, раньше такого никогда не было: все были уверены, что разберутся сами.

– Для России сказанное также справедливо?

– Да, абсолютно. Россия сегодня находится далеко не на задворках научного мира. Конечно, у нас меньше денег, гораздо более сложная ситуация с аппаратурой. Но такое положение (существовавшее, впрочем, всегда) заставляет нас быть изобретательными. Если я вдруг решу, что мне без функционального магнитного резонанса не обойтись и надо ехать за ним в Финляндию, то я сто тысяч раз обдумаю, какие конкретные задачи требуют использования этого прибора, прежде чем поехать. Если же аппарат доступен, часто просто нажимаешь на кнопку и получаешь массу фактов, которые потом не можешь интерпретировать.

Преимущество российских ученых в том, что суровость среды приучает к постоянному осмыслению своих действий. Кроме того, сегодня большинство из нас много ездит по миру, активно общается с зарубежными коллегами по электронной почте. Ко мне чуть не каждый день приходят только что вышедшие за океаном статьи. Положение дел оптимистическое, я бы сказала. А в смысле уровня концептуального, уровня мысли и осведомленности мы абсолютно не отстаем. Это я вам говорю не потому, что хочу произнести патриотическую речь. Просто так оно и есть.

Санкт-Петербург

У партнеров

    «Эксперт Северо-Запад»
    №20 (273) 29 мая 2006
    Освоение территорий
    Содержание:
    Кольцо роста

    Отраслевую структуру объектов, строящихся на землях вдоль Кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт-Петербурга, определяют не чиновники, а бизнес, который максимально учитывает возможности КАД

    Реклама