Все это связано только с движением?

- Да, в основном с движением животных. Но у животных почти любое поведение связано с движением. У человека, конечно, мыслительные процессы нельзя включить в классическое определение движения.

Насколько концепция ФС общепринята? Например, я знаю о концепции нейрофизиолога из Беркли Уолтера Фримена (Walter Freeman, см. «КТ» #365), основанной на аттракторах хаотических процессов, которые он наблюдает в мозге.

- Фримен - выдающийся нейрофизиолог, но он проводил свои классические работы, регистрируя электроэнцефалограмму (ЭЭГ) - тогда ничего другого не было. А ЭЭГ - очень грубый метод, в нем усредняются сигналы от сотен и тысяч клеток, хотя Фримен и старался максимально повысить разрешающую способность метода. Поэтому при помощи ЭЭГ можно выявить только наличие самоорганизованных структур, но не их специфику, системную семантику процесса. В целом же наше направление и изучение аттракторов - взаимообогащающие. Идеология теории хаоса, аттракторов имеет абстракции и принципы, которые были бы полезны и нам. Мне, например, было бы очень интересно поработать со специалистами по хаотическим процессам, чтобы понять, можно ли использовать этот язык для описания поведения. Впрочем, подход на основе аттракторов отталкивает многих нейрофизиологов. Они считают, что это неадекватный язык описания работы мозга.

Какие еще концепции существуют в изучении мозга - кроме ФС и аттракторов?

- Я бы прежде всего назвал теорию селекции нейрональных групп Эделмана, о которой мы уже упоминали. Она предполагает, что мозг состоит из мини-групп клеток, которые обладают свойствами распознавания и формируют некий изначальный репертуар - так же, как антитела в иммунологии позволяют распознать каждый потенциальный антиген, даже если в природе его пока не существует - просто за счет того, что их очень много. Эделман считает, что из мини-групп образуются системы, позволяющие мозгу организовывать процессы восприятия и поведения на основании отбора, узнавания нужных мини-групп и замыкания связей между ними. По сути, в результате этого в мозге появляются те же ФС. Подход у Эделмана другой, но результаты очень близки.

Во всем мире сейчас идут споры о том, что такое сознание и какова его нейрофизиологическая основа. Самая модная тема связана с работой конца 1980-х годов, сделанной в Институте мозга им. Макса Планка во Франкфурте, которым руководит Вольф Зингер (Wolf Singer). Зингер с сотрудниками установили, что когда происходят процессы восприятия, то клетки в разных областях головного мозга синхронизуются, и в них возникают осцилляции на частоте 40 Гц. Сразу появились теории, что нейрофизиологической основой сознания являются такие группы клеток, а сама осцилляция является моментом осознания процесса.

В чем вы видите прогресс в понимании этой проблематики? Ведь все это обдумывалось веками. Понято сегодня нечто новое о том, что такое сознание, разум - благодаря тому, что мы можем использовать, например, позитронную томографию? Вы говорите - сознание связано с синхронной осцилляцией определенных клеток. Если мы синхронно возбудим эти клетки у человека, он что-нибудь осознает?

- Допустим, я искусственно приведу в возбуждение несколько тысяч определенных элементов мозга, сделаю это по определенным правилам (связь, осцилляция на определенной частоте и т. п.), и в результате этого возбуждения я получу у вас заданное ощущение. Если я подсмотрел, как вы «чувствовали красное», а потом смогу заставить вас таким способом чувствовать красное, на что бы вы ни смотрели - вас это убедит, что мы нашли некие критические условия работы мозга, создающие субъективные ощущения?

Такие опыты проводились?

- Нет. Но я вам предлагаю это как мысленный эксперимент. Сочли бы вы это важным шагом в понимании того, как мозг создает нашу психику?

Конечно, это был бы важный шаг - но опять-таки лишь первый шаг.

- А какой следующий?

Не знаю, это трудный вопрос. То, что вы предлагаете, напоминает картирование ФС. Сейчас вы скартировали обучение простейшим актам движения. Допустим, удастся скартировать системы, реализующие какие-то абстрактные функции - например, как я решаю математическую задачу, доказываю теорему о средней линии треугольника. Установлено, что при этом сработали определенные нейроны. Потом надо доказать теорему Пифагора. Вопрос: какие нейроны надо включить? Те же или другие?

- То есть вам было бы интересно понять, как это происходит в мозгу и какие системы за это отвечают?

Конечно.

- Мне здесь кажется критичным вот что. Если при рассматривании одной картинки включаются одни нейроны, при рассматривании другой - другие, то по самому факту существования этих двух карт мы не поймем, как работает система. Нам нужно понять, почему возникли эти системы и почему они приводят к решению этих задач. Нам требуется не просто перечисление клеток, а содержательное описание образующихся из них функциональных систем. Нам нужен язык работы с этими системными процессами. Поэтому я бы скептически отнесся к такой постановке задачи: давайте прокартируем и то и другое. Это бессмысленно, если нет идей и инструментов, позволяющих это перенести на алгоритмический уровень.

Компьютерная реконструкция лица человека. Так же, как методы функционального магнитно-резонансного нейрокартирования дают возможность изучать активность человеческого мозга, новые методы компьютерного анализа изображений позволяют автоматически распознавать и анализировать черты лица и мимику человека (из: Arthur W. Toga, Neuroimage databases: the good, the bad and the ugly, Nature reviews Neuroscience, 2002, V 3, 302).

Может ли быть, что ответ на вопрос «что такое разум» мы получим от вас, нейрофизиологов - а не от философов? Вы скажете: разум - это то, что происходит в таких-то нейронах при таких-то условиях…

- Я бы принял здесь точку зрения Алана Тьюринга. Помните, свою знаменитую работу «Вычислительные устройства и интеллект» он начал со слов: «Я предлагаю рассмотреть вопрос, могут ли машины мыслить?» А дальше он пишет, что это плохой вопрос, потому что он может привести только к бесплодным дискуссиям вокруг определений. Нужно добиваться прогресса в эмпирическом понимании явления, говорит он, и вводит затем свой классический тест. Так вот, я считаю, что вопрос о том, что такое сознание и разум, еще очень долго будет оставаться философским и зависящим от определений. Как говорил Витгенштейн, философские проблемы - это проблемы языка. Разные определения, которые возникли вокруг разума на протяжении веков, могут отражать совершенно разные аспекты работы мозга. А мы объединяем это все под одним термином. Мы сможем понять сознание, только когда скажем - черт с вами, будем считать, что все эти смыслы равнозначны и легитимны, а мы для каждого из них подберем соответствующий процесс в мозге. Не надо искать единый нейрофизиологический ответ на все символические смыслы сознания.

Вернемся к тому, с чего мы начали наш разговор - как же быть с моделированием всего этого? Получается, что если у нас есть множество элементов, которые могут синхронно колебаться, - и это все, что нужно для моделирования сознания, пусть даже не сознания, хотя бы простых функций поведения - что же нам мешает все это смоделировать? Взять нейронную сеть улитки - при современных компьютерах это никакого труда не составляет, там всего-то несколько тысяч нейронов…

- Этого будет недостаточно. Вы же должны создать все поведенческие петли, которые будут включать нейроны со специализацией самого разного свойства. Допустим теперь, что вы можете создать сеть со свойствами нейронов гиппокампа, который хранит пространственную память, нейронов хвостатого ядра, которое связывает десятки структур в планировании действий, что вы сможете наделить эту сеть поведением, которое в глазах наблюдателя будет выглядеть как целенаправленное и адаптивное. Проблема в том, что после этого вы не будете точно знать, думает эта сеть или нет. Ведь при моделировании явно неразумных объектов иногда появляются действия, которые нами, людьми, интерпретируются как осмысленные. Например группа Терзопулоса (Demetri Terzopoulos) из Университета Торонто, когда работала над компьютерной анимацией подводного мира, моделировала нервные системы своих объектов. Вместе с рыбами и другими животными они создали еще и подводного человека, «водяного» (Merman). Этот объект постепенно учился «мыслить» - вырабатывать сложные стратегии поведения, которые при программировании в него не закладывались: например, он научился занимать позицию за препятствием так, чтобы его не видела акула (а на ранних стадиях обучения она его всегда пожирала). Наблюдателем это расценивается как разумное поведение. Теперь вопрос: если появится существо, которое прилетит на летающей тарелке и будет обладать такими свойствами поведения - вы будете считать его разумным?

По-моему, разумность - это нечто такое, что все время ускользает: как только дано определение, она от него уворачивается. Я о другом: будет ли практический смысл у модели, например, мозга улитки. Может быть, логичнее ставить задачу так: дана функция, как ее выполнить? Для этого не обязательно имитировать то, что есть в наших мозгах. Или для медицины, биологии есть смысл в моделях реально существующих когнитивных нейронов?

- Я думаю, что смысл есть, но кроме того, меня ведь интересует, как устроен настоящий мозг. Причем ответ должен иметь форму теории, которая может быть смоделирована. Моделирование для меня - очень эффективный инструмент убивания собственных гипотез. Иногда на самых первых этапах моделирования уже становится ясно, что так быть не может.

То есть тут большое поле деятельности для компьютерных наук?

- Безусловно. В свое время когнитивная наука возникла из того, что исследователи в области компьютерных наук, психологии, философии, лингвистики и нейронаук поняли, что они задают много одинаковых вопросов о природе человеческого разума и используют комплементарные методы для их решения. Но за прошедшие после этого несколько десятилетий в компьютерных дисциплинах и науках о мозге произошли грандиозные изменения. Возьмите хотя бы разрабатываемый нами метод визуализации когнитивных процессов у мышей, в геном которых пересажен специально сконструированный «репортерный» ген, кодирующий молекулу GFP (Green Fluorescent Protein). Этот ген заставляет нервные клетки у таких трансгенных животных флюоресцировать каждый раз, когда они запоминают новую информацию, и по этому свечению мы можем судить, как работают функциональные системы в мозге при том или ином поведении.

Такие возможности исследований просто не могли предвидеть сорок лет назад. Поэтому я убежден, что сегодня наступило время нового синтеза на стыке компьютерных наук и наук о мозге. У нас в стране я вижу уникальные условия для этого, и недавно мы начали три таких новых «синтетических проекта»: «Язык поведения» - соединение методов видеорегистрации и распознавания изображений для объективного анализа поведения; «Открытый мозг» - синтез методов молекулярной биологии и компьютерной трехмерной графики для визуализации процессов в мозге при поведении; и «Мозг анимата» - моделирование поведения аниматов исходя из принципов работы ФС в мозге животных. Кроме того, мы стали проводить регулярный междисциплинарный семинар «МОЗГ» (www.neurogene.ru).