Книга: Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики

Как же устроен мозг?

Как же устроен мозг?

У нас в голове находится великолепное устройство, которое управляет нашими действиями и каким-то образом дает нам представление об окружающем мире. Правда, как однажды отметил Алан Тьюринг[199], внешне оно больше всего напоминает миску холодной овсянки! Трудно представить, как столь заурядного вида объект умудряется совершать чудеса, на которые, как мы знаем, он способен. Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что он имеет гораздо более сложное строение и замысловатую организацию (рис. 9.1).

Больша?я покрытая извилинами (и более всего похожая на овсянку) часть мозга, расположенная сверху, называется собственно головным (или большим) мозгом. Он четко делится посередине на правое и левое полушария и, более условно, в передне-заднем направлении — на лобную долю и три остальные: височную, теменную и затылочную. Еще дальше и несколько книзу расположен небольшой и округлый мозжечок, чем-то похожий на пару клубков шерсти. Глубоко внутри мозга, как бы укрытый им, находится целый ряд любопытных и сложных на вид структур: варолиев мост и продолговатый мозг, которые вместе с ретикулярной формацией — областью, к которой мы обратимся позднее — составляют ствол мозга, а также таламус, гипоталамус, гиппокамп, мозолистое тело и еще много других, странных как по виду, так и по названиям, частей.

Большой мозг — предмет особой гордости человека и не только потому, что он является самой большой частью человеческого мозга, но и потому, что пропорция между этой частью и мозгом в целом у человека больше, чем у животных. (Мозжечок человека тоже превосходит размерами таковой у большинства других животных.) Головной мозг и мозжечок имеют сравнительно тонкий наружный слой серого вещества, под которым расположено значительно большее по массе белое вещество. Эти области серого вещества называют, соответственно, корой головного мозга и корой мозжечка. Считается, что в сером веществе происходят различные вычислительные действия, а белое вещество, состоящее из длинных нервных волокон, отвечает за передачу сигналов из одной части мозга в другую.

Каждой из различных областей коры головного мозга присущи свои специфические функции. Зрительная кора расположена в затылочной доле, прямо в задней части мозга, и занимается восприятием и распознаванием зрительных образов. Забавно, что природа именно там решила разместить интерпретатор визуальной информации, получаемой зрительными органами, которые (по крайней мере, у человека) находятся прямо спереди! Но природа вытворяет и куда более странные вещи. Так, за левую половину человеческого тела практически полностью отвечает правое полушарие, тогда как за правую — почти исключительно левое, поэтому чуть ли не все нервы, идущие в головной мозг или выходящие из него, по необходимости должны перекрещиваться! При этом в случае зрительной коры правая ее часть связана не с левым глазом, а с левой частью поля зрения обоих глаз. Аналогично, левая часть зрительной коры связана с правой частью поля зрения обоих глаз.

Это означает, что нервы от правой части сетчатки каждого из глаз должны идти к правой половине зрительной коры (вспомните, что изображение на сетчатке перевернуто по отношению к источнику), а нервы от левой части сетчатки — к левой половине коры (рис. 9.2).

Таким образом в левой и правой частях зрительной коры формируется четкое отображение правой и левой областей поля зрения, соответственно.

Сигналы от ушей приходят на противоположные части мозга столь же замысловатым образом. Правая слуховая кора (часть правой височной доли) обрабатывает в основном звуки, поступающие слева, а левая слуховая кора — звуки, поступающие справа. Обоняние кажется здесь исключением из общего правила. Правая часть обонятельной коры, которая расположена в передней части большого мозга (в передней доле — что уже само по себе является исключением для сенсорной области), отвечает в основном за правую ноздрю, а левая часть — за левую ноздрю.

Осязание связано с областью затылочной доли мозга, которая носит название соматосенсорной коры. Эта область находится как раз за условной границей, разделяющей лобную и теменную доли. Между различными частями поверхности тела и отдельными участками соматосенсорной коры существует довольно своеобразное соответствие. Иногда оно изображается графически в виде так называемого «соматосенсорного гомункулуса» — искаженной человеческой фигуры, изображаемой лежащей вдоль соматосенсорной коры, как это показано на рис. 9.3.

Правая часть соматосенсорной коры принимает осязательные сигналы, идущие от левой стороны тела, а левая — с правой. В лобной доле непосредственно перед границей с теменной долей находится участок коры, известный как двигательная кора. Он приводит в движение различные части нашего тела. И опять мы встречаемся с точно определенным соответствием между мышцами нашего тела и зонами этого участка мозга. Как и в случае с осязанием, эти связи можно графически изобразить в виде «двигательного гомункулуса» (рис. 9.4).

И снова правая часть двигательной коры отвечает за движение левой стороны тела, а левая — правой.

Все упомянутые выше зоны коры головного мозга (зрительная, слуховая, обонятельная, осязательная и двигательная) называются первичными, поскольку именно они непосредственно осуществляют прием поступающих в мозг и передачу исходящих из него сигналов. Рядом с ними расположены вторичные зоны, предназначенные для более тонкой и сложной обработки сенсорной информации (рис. 9.5).

Сенсорная информация, полученная зрительной, слуховой или соматосенсорной зоной коры головного мозга, обрабатывается соответствующими вторичными областями, после чего вторичная двигательная область вырабатывает план движения, который переводится первичной двигательной областью на язык прямых команд, непосредственно адресованных мышцам. (Мы не будем касаться обонятельного участка коры, поскольку он функционирует иным и малоизученным пока образом.) Остальные участки коры головного мозга относятся к разряду третичных (или ассоциативных). В этих областях в основном и выполняется наиболее сложная и характеризуемая высокой степенью абстрагирования часть умственной деятельности. Именно здесь при определенном участии периферической нервной системы собирается воедино и подвергается всестороннему анализу информация, поступающая от различных сенсорных участков; здесь происходит запоминание, складываются картины внешнего мира, намечаются и оцениваются планы действий, распознается и генерируется речь.

Речь представляет для нас особый интерес, поскольку ее обычно относят к разряду способностей, присущих исключительно человеческому интеллекту. Интересно, что (по крайней мере у подавляющего большинства правшей и большей части левшей) речевые центры находятся в основном в левой половине мозга. К важным участкам относятся зона Брока, расположенная в задней нижней части лобной доли, и зона Вернике, которая располагается внутри и вокруг верхней задней части височной доли (рис. 9.6).

Зона Брока отвечает за построение предложений, а зона Вернике — за понимание языка. Повреждение зоны Брока приводит к нарушению речи, но не ее пониманию, тогда как при повреждении зоны Вернике речь остается беглой, но, в основном, бессмысленной. Пучок нервных волокон, который связывает между собой две эти области, называется дуговидным пучком. При его повреждении ни речь, ни ее понимание не нарушаются, но мысль не может быть выражена словами.

Мы теперь можем составить очень приблизительную картину того, что делает головной мозг. Входные данные для мозга представляют собой зрительные, слуховые, осязательные и прочие сигналы, которые сначала регистрируются в первичных областях (главным образом) задних долей (теменной, височной и затылочной). Выходные сигналы мозга, приводящие к различным движениям тела, вырабатываются в основном лобными долями мозга. А где-то между ними происходит обработка информации и принятие решений. В общем, можно сказать, что активность мозга, начавшись в первичных областях задних долей, перемещается затем во вторичные области, где входные данные анализируются, и, далее, в третичные области задних долей, где информация становится полностью осмысленной (как, например, в случае с пониманием речи в зоне Вернике).

Дуговидный пучок — упомянутый выше пучок нервных волокон, но теперь уже с обеих сторон мозга, — переносит эту информацию в лобную долю, где ее третичными областями вырабатывается общий план действий (например, как это происходит при генерации речи в зоне Брока). Эти общие планы действий преобразуются в более конкретные представления о движениях тела во вторичных двигательных областях, откуда активность мозга перемещается в первичную двигательную кору, которая, в конце концов, посылает соответствующие сигналы различным группам мышц тела (и часто нескольким одновременно).

Создается впечатление, что перед нами предстает картина превосходного вычислительного устройства. Сторонники сильногоИИ (см. главу 1 и далее) рассматривают мозг как великолепный образец алгоритмического компьютера — по сути, машины Тьюринга — в котором есть входные данные (как на ленте слева от машины Тьюринга) и выходные данные (как на ленте справа от машины Тьюринга) и который способен выполнять всевозможные нетривиальные вычисления на промежуточных этапах. Конечно, активность мозга может не прекращаться и в отсутствие внешних раздражителей. Это происходит в тех случаях, когда человек думает, занимается вычислениями или предается воспоминаниям. Приверженцы сильногоИИ отнесли бы это на счет продолжающейся алгоритмической деятельности и предположили бы, что явление «осознания» возникает как раз в те моменты, когда подобная деятельность достигает определенного уровня сложности.

Но, хотя такая логика и напрашивается сама собой, мы не будем торопиться с выводами. Общая картина работы мозга, приведенная выше, довольно груба. Прежде всего, даже зрительное восприятие не происходит по такой простой схеме, как это было мной представлено ранее. В коре, по-видимому, существует несколько различных (хотя и менее значимых) областей, на которые отображаются поля зрения, очевидно, с какими-то другими целями. (Похоже, именно они отвечают за различия в том, как мы осознаем увиденное.) Скорее всего, по коре разбросаны также и другие дополнительные сенсорные и двигательные области (например, движение глаз может быть вызвано сигналами из определенных точек задних долей).

В своем описании мозга я затронул только его кору и ни разу не коснулся вопроса о назначении прочих частей. Какую роль выполняет, например, мозжечок? Ясно, что он отвечает за координацию и контроль движений тела, его равновесие, своевременность и точность действий. Представьте себе артистичность танцора, отточенность движений профессионального игрока в теннис, мгновенную реакцию гонщика, уверенные движения рук музыканта или художника; подумайте о грациозных прыжках газели или крадущейся кошке. Без мозжечка подобная точность движений была бы невозможна, они стали бы неуверенными и неуклюжими. По-видимому, в процессе приобретения новых навыков, будь то ходьба или вождение машины, сначала человеку приходится детально обдумывать каждое свое действие, и за это отвечает кора головного мозга, но когда достигнут определенный уровень мастерства и действия начинают выполняться «автоматически», управление ими передается мозжечку. Более того, хорошо известно, что как только профессионал задумывается о своих действиях, он на время теряет легкость их координации. Думание, по-видимому, сопровождается переходом контроля к коре головного мозга и, хотя при этом, как следствие, появляется гибкость действий, «мозжечковая» плавность и точность движений на время утрачивается. Такое описание, без сомнения, является чересчур упрощенным, но тем не менее позволяет нам в общих чертах понять функцию мозжечка[200].

При описании функций головного мозга до сих пор вообще не упоминалось о других частях мозга. Например, гиппокамп играет важнейшую роль в формировании долговременной (постоянной) памяти, хотя сама память располагается где-то в коре головного мозга, возможно, во многих местах одновременно. Мозг способен также сохранять образы различными способами с помощью кратковременной памяти в течение нескольких минут или даже часов (просто, что называется, «держа их в голове»). Но для того, чтобы человек мог вспомнить эти образы после того, как его внимание с них переключилось, необходимо сохранить их в долговременной памяти, и здесь уже не обойтись без гиппокампа. (Повреждение этого участка мозга приводит к ужасному состоянию, когда человек не способен запомнить ничего нового и все сразу забывается, как только его внимание переключается на другой объект.) Мозолистое тело — это область, ответственная за связь между двумя полушариями мозга. (Далее мы увидим, к каким поразительным явлениям приводит рассечение мозолистого тела.) Гипоталамус представляет собой эмоциональный центр, в котором гнездятся удовольствие, ненависть, страх, отчаяние, голод, и который служит посредником между эмоциями и их ментальными и физическими проявлениями. Между гипоталамусом и различными частями мозга идет постоянный обмен сигналами. Таламус функционирует как важный обрабатывающий центр и переключающий узел, который передает значительную часть импульсов, поступающих извне, в кору головного мозга. Ретикулярная формация отвечает за общее состояние готовности мозга и его отдельных частей к осознанному восприятию. Все эти и многие другие жизненно важные части мозга соединены многочисленными нервами.

Вышеприведенное описание дает только общее представление о некоторых наиболее значимых частях мозга. Мне кажется целесообразным в завершение этого раздела привести некоторые сведения о строении мозга в целом. Его различные части группируются в три отдела, которые, если двигаться от позвоночника, называются по порядку задним (rhombencephalon), средним (mesencephalon) и передним (prosencephalon) мозгом. На ранних стадиях развития эмбриона эти отделы, в том же порядке, видны как три вздутия на конце позвоночного столба. Самое дальнее — развивающееся в передний мозг — имеет два выроста в виде пузырей, по одному с каждой стороны, которые становятся большими полушариями головного мозга. Полностью развитый передний мозг включает в себя многие важные части всего мозга — не только большой головной, но и мозолистое тело, таламус, гипоталамус, гиппокамп и многие другие. Мозжечок является частью заднего мозга. Ретикулярная формация расположена частью в среднем мозге, а частью в заднем. Передний мозг является «новейшим» отделом с точки зрения эволюционного развития, а задний — наиболее «древним».

Я надеюсь, что это краткое описание, во многом неточное, даст читателю некоторое представление о том, на что похож мозг человека и как он функционирует. До сих пор я лишь вскользь упомянул то, что служит центральной темой нашей дискуссии — сознание. Теперь перейдем к этому вопросу вплотную.

Оглавление книги