Почему я так говорю? Некоторое время назад американские психологи Ричард Гернштейн (Richard Herrnstein) и Джон Серелла (John Cerella) провели удивительные эксперименты: они показывали голубям серии цветных слайдов и награждали птиц пищей только в том случае, если те тыкались клювом в слайды с изображением деревьев. Вскоре голуби начинали безошибочно узнавать деревья в любых новых слайдах, независимо от того, стоит ли дерево отдельно или это кромка леса, или даже отражение дерева в воде. При этом птицы четко отличали деревья от кустарников или, например, от крупноплановой фотографии ботвы сельдерея. И дело здесь вовсе не в выработанной эволюцией способности опознавать деревья как экологически значимый объект - с такой же легкостью голуби вырабатывали, например, зрительную категорию «рыба» на подводных слайдах морских рифов.

Теперь мы знаем, что формировать абстрактные категории могут не только люди, но и птицы. Однако мозг птиц устроен иначе, чем у высших млекопитающих. Такую же категоризацию, как мы, птицы выполняют иными структурами своего мозга. Это значит, что ответ на вопрос о принципиальных механизмах этой высшей психической функции не может быть дан в терминах уникальных структур головного мозга млекопитающих или мозга птиц.

То же самое касается и других когнитивных механизмов. Возьмем, например, способность к счету. У человека за нее отвечают некоторые области коры головного мозга, в частности нижнетеменная. Но опыты Л. А. Зориной и ее сотрудников из МГУ показывают, что вороны тоже способны считать. Однако эти птицы не имеют сколько-нибудь развитой коры и поэтому должны производить счет совсем другими мозговыми структурами. Еще один пример - механизмы рабочей памяти и поддержания цели. У человека эти функции зависят от лобных отделов коры головного мозга, а у птиц те же задачи, по-видимому, решаются расположенными в затылочной области зонами латерального каудального неостриатума. Мы вновь и вновь видим, что фундаментальные свойства интеллекта способны реализовываться у разных видов животных с самой разной архитектурой нервной системы.

Доводя анализ до логического конца, я должен сказать, что ответ, который мы ищем, вряд ли может быть получен в терминах описания специфических нервных структур. Допустим, что в мозге птиц и млекопитающих еще можно искать некое морфологическое сходство структур, выполняющих одинаковую когнитивную функцию. Но цель поведения отлично «держат в голове» и пчелы. Немецкий нейробиолог Рандольф Менцель (Randolf Menzel) показал, что пчелы способны удерживать в рабочей памяти то, какие цветы они уже облетали и к каким они направляются, даже если убрать эти цветы из поля их прямой видимости. Мозг пчелы при этом имеет в миллион раз меньше нейронов, чем мозг человека, и в нем нет ни одной структуры, похожей на высшие отделы человеческого мозга, отвечающие за поддержание цели и рабочей памяти.

Это значит, что фундаментальные механизмы психологических функций мозга должны быть сформулированы в терминах, не зависящих от конкретного строения мозга того или иного организма, несущего эти функции. Пользуясь компьютерной терминологией, можно сказать, что теория высших функций мозга должна быть построена на базе платформнонезависимого языка.

Почему я уделяю этому требованию такое внимание? Потому что существование этого языка - основная надежда для возможности переноса свойств интеллекта с одной (естественной) платформы на другую (искусственную). Теория высших функций мозга, сформулированная на платформнонезависимом языке, - единственный мост, который может реально связать науки о мозге и искусственном интеллекте.

В вашем рассказе об истории развития научных концепций работы мозга (врезка на стр. 27) упоминается школа П.К. Анохина. Известно, что создание Анохиным теории функциональных систем (ТФС) стало одним из важных этапов этой истории. В чем суть ТФС, находящей сегодня множество экспериментальных подтверждений?

- Важно понять, что ТФС относится не к физиологии или психологии, она адресуется к особому промежуточному слою процессов мозга, которые определяют когнитивные свойства и поведение. Нервные клетки человека, находящегося под наркозом или в коме, продолжают работать. При некоторых видах наркоза активность даже выше, чем в обычном состоянии. Но свойства сознания, психики и разума у таких животных и человека отсутствуют. Эти свойства возникают не из-за самого факта работы массы клеток мозга, а из-за их объединения в организованные надклеточные образования. Можно сказать, что языком работы бодрствующего мозга, языком психики и поведения является не язык отдельных нервных клеток, а язык таких систем. Эти системы и получили названия функциональных систем (ФС), из-за тесной связи их деятельности с выполнением тех или иных функций организма. В ТФС была поставлена задача - изучить специфические принципы самоорганизации системных процессов, ведущих к появлению адаптивного поведения со всеми его психологическими атрибутами.

Но эти процессы долгое время нельзя было исследовать объективно. Не существовало методов, позволявших залезть в мозг и посмотреть, как нервные клетки объединяются в такие системы. Только в 1960-х годах стало возможно регистрировать нервные клетки мозга животных в свободном поведении. В нашем институте этим занимались несколько групп. Пожалуй, наиболее подробно изучал эти процессы Вячеслав Борисович Швырков со своими сотрудниками, образовавшими потом лабораторию нейрональных основ психики в Институте психологии. Они установили (сейчас на Западе начинают об этом вспоминать), что в разных областях мозга бодрствующих животных в поведении синхронно активируются миллионы нервных клеток, работающих по принципу ФС. Тем самым два важнейших предположения ТФС - что такие системы являются распределенными (элементы из разных структур объединяются для достижения общего результата) и синхронизованными - были подтверждены экспериментальными наблюдениями.

Можно ли в буквальном смысле увидеть эти системы в мозге?

- В середине 1980-х мы начали искать методы такой визуализации. Так как в каждый момент в мозге работает множество уже сформированных ФС, при регистрации электрической активности невозможно выделить вклад каждой из них. Поэтому мы стали изучать процесс формирования отдельных ФС. Например, в описанной Конрадом Лоренцом классической модели импринтинга (запечатления), цыпленок должен запомнить образ курицы и всюду следовать за ней. Мы изучали формирование функциональных систем, которые это обеспечивают. Другой пример - ФС, которые складываются целиком в индивидуальном опыте организма, без каких-либо эволюционных предпосылок. Например, чтобы обеспечить нажимание животным в клетке педали для получения корма. Мы исследовали, что общего у тех клеток, которые впервые объединяются в такие ФС: нет ли в момент формирования ФС неких общих химических процессов у всех клеток этой системы? Мы искали ответ в ядре клетки, используя методы молекулярной биологии и генетики - и нам удалось найти гены, которые обычно молчат в мозге, и начинают работать только в тот момент, когда клеткам надо надолго запомнить новую информацию. Зонды, выявляющие работу этих генов в мозге, позволяют увидеть нервные клетки разных отделов мозга, образующие ФС в момент ее самого первого формирования. Это визуализируется на срезах мозга, где четко видны нейроны, в которых произошла эта реакция.

Но что именно запоминает нейрон?

- Есть два фактора возникновения новой ФС - новизна и синхронизация. После возникновения новой проблемы, новой ситуации, запускаются процессы обучения - мозг начинает перебирать новые варианты ФС, в нейронах которых и происходит экспрессия этих генов. Одновременный приход сигналов по многим входам в нейронах таких новых систем и является условием запуска этой генетической реакции, с помощью которой нейроны запоминают тех «собратьев», вместе с которыми они участвовали в данной ФС. При этом критическую роль здесь играет фактор «новизны» - то, что клетки, входящие в новую пробную систему, впервые связались в такой конфигурации. Клетка способна «понимать», что она никогда еще не входила в такую систему связей, и бешено экспрессирует соответствующие гены. Потом экспрессия быстро ослабевает - во второй, третий раз она еще заметна, затем постепенно исчезает. Основное, что нас сейчас интересует - как связать эти ФС с поведением.

То есть показать, что если на эти пятьсот тысяч клеток синхронно подать вот такие колебания, то человек заиграет на пианино?..

- Нет, такой экстравагантный эксперимент по стимуляции нейронов распределенной по всему мозгу ФС пока сделать нельзя. Но можно, кстати, сделать обратное - «стереть» такую систему из памяти. Дело в том, что в мозге можно, с помощью «антисмысловых» олигонуклеотидов (синтетических фрагментов ДНК) направленно выключить работу генов, которые экспрессируются при запоминании. Мы это делали; такие животные способны нормально учиться, но не способны запомнить то, чему научились - у них не формируется долговременная память.

Однако главный смысл наших поисков состоит в другом. Конечно, с помощью найденного нами инструмента мы теперь можем изучать ранее совершенно недоступные стороны работы мозга. Например, можно составлять мозговые карты тех или иных форм памяти, задавать вопрос о том, как те или иные структуры мозга участвуют в том или ином поведении или когнитивном процессе. Более того, мы можем исследовать таким образом работу мозга млекопитающих и птиц, потому что обнаруженные нами гены работают в очень широком спектре организмов. Но если мы будем собирать информацию лишь о конфигурациях нервных структур, активирующихся при тех или иных когнитивных процессах у тех или иных организмов, мы едва ли приблизимся к задаче построения фундаментальной теории работы мозга. Такой феноменологический путь, по которому движется западная когнитивная нейронаука, увлекаемая фантастическими возможностями нейрокартирования психологических процессов в мозге человека, ведет, по моему глубокому убеждению, к неизбежному теоретическому кризису. В его конце нас может ожидать лишь исчерпывающая функциональная топография мозга, без единой концепции механизмов его высших функций. Для их объяснения нам необходим «платформнонезависимый» язык. В ТФС мы отождествляем такой язык с закономерностями промежуточного системного слоя, лежащего между физиологическими процессами в нервных клетках и уровнем психологических феноменов. И если мы ясно видим все эти опасности и перспективы, значит нам уже сегодня нужно, применяя новые инструменты исследования мозга, учиться задавать с их помощью вопросы о специфических законах организации этого системного слоя.

Чтобы получить порцию пищи, собака обучается бегать от кормушки к педали и назад. Вопрос - как возникла в ее мозге и опыте функциональная система, связывающая нажатие педали с открыванием кормушки? Почему нейроны в удаленных друг от друга областях мозга сливаются при этом в единую систему? По каким принципам происходит извлечение таких распределенных систем из памяти? Как осуществляется переключение с одних функциональных систем на другие после достижения результатов? Можем ли мы смоделировать эволюцию таких систем, объяснить, как они появляются в развитии мозга? Вот вопросы, которые мы пытаемся решить.

Одним из самых узких мест в такой программе исследований на сегодняшний день мне представляется, как ни странно, не ограниченность методов изучения работы мозга, а отсталость наших подходов к объективному анализу поведения. Поведение, согласно ТФС, представляет собой континуум системных процессов, очень структурированный, разбитый на отдельные поведенческие акты. Все они имеют одинаковую структуру - планирование действий, модели результата, оценка, переход к следующему действию. Все это организовано в сложную иерархию, но мы пока очень мало знаем о ней. Нас сегодня интересует возможность, объективно регистрируя поведение агента (человека или животного) «читать» эту внутреннюю организацию, выявлять эту структуру.

Такое разложение поведения подтверждено на физиологическом уровне?

- Про науку вообще нельзя говорить, что в ней что-либо «подтверждено». Это составляет часть нашей теории и нашей исследовательской программы. Например, если регистрировать нейроны мозга в поведении, можно увидеть нейроны «ошибочных» систем. Животное бегает от педали к кормушке, чтобы нажать педаль. Иногда оно промахивается. Почему? В экспериментах Леонида Бобровникова и Натальи Швырковой в нашем институте выяснилось, что при ошибочном действии в мозге работают другие нейроны. То есть уже в момент планирования, поворота от кормушки к педали сложилась такая функциональная система, которая приведет к промаху! Кролик еще не дошел до педали, а мы, регистрируя нейроны, можем сказать, что через две секунды он промахнется. Такой же феномен позже обнаружили у обезьян при сложной манипуляторной деятельности группы Патриции Голдман-Ракич (Р. Goldman-Rakic) из Йельского университета и Вольфрама Шульца (W. Schultz) из Фрайбургского университета. И такую же вещь в ноябре прошлого года описали американские исследователи в работе лобных отделов коры головного мозга человека, используя методы функционального нейрокартирования. Я кое-что упрощаю для ясности, но по сути все обстоит так.

Так вот, мы столкнулись с тем, что существующего языка анализа поведения сегодня не хватает, чтобы соотнести разрешение, получаемое нами на уровне мозга, с теми феноменами поведения, которые мы наблюдаем. Анализ поведения животных и человека в этологии, экспериментальной психологии, психофармакологии, нейропсихологии до сих пор строится либо на словесном описании поведения, либо на простых количественных измерениях времен реакции, пройденного расстояния и т. п., то есть показателей, которые неизмеримо беднее истинного содержания поведения. Поэтому мы сегодня работаем над возможностью, используя системы видеорегистрации и компьютерного анализа изображений, извлекать объективную информацию о поведении, его структуре, организации - о языке поведения. А затем хотим попытаться соотнести этот отпрепарированный, расквантованный на дискретные акты континуум поведения с работой мозга.