Жизнь на грани - Джонджо МакФадден

И связываются ведь не только чувственные впечатления. Сырьем для сознания являются не сенсорные данные, лишенные контекста, а значимые понятия — в случае с бизоном это «шерстистый», «пахнущий», «страшный» или «великолепный», — каждое из которых содержит множество сложной информации. Весь этот дополнительный багаж должен быть связан с чувственными впечатлениями, чтобы обеспечить впечатление шерстистого, пахнущего, страшного, но великолепного бизона, которого наша первобытная художница в дальнейшем вспомнит и нарисует[147].

Формулирование проблемы связи с точки зрения идей, а не чувственных впечатлений подводит нас к сути проблемы сознания — загадке того, как идеи могут двигать умы и тем самым тела. Мы никогда не узнаем, что именно было в сознании первобытной художницы, что побудило ее нанести рисунок на камень. Может быть, она думала, что изображение бизона украсило бы темный угол; или, может, она считала, что, нарисовав животное, она улучшает шансы своих друзей-охотников на успех. Но в чем мы можем быть уверены, так это в том, что художница могла верить, что решение рисовать бизона было ее идеей.

Но как идея может двигать материю? Мозг, рассматриваемый как вполне авторитетный объект, получает информацию через один из сенсорных входов, а затем обрабатывает эту информацию, генерируя выходные сигналы так же, как компьютер (или зомби). Но где же в том переплетении импульсов кроется наше сознание, то чувство «я», которое, по нашему убеждению, управляет нашими намеренными действиями? Чем именно это сознание является и как оно взаимодействует с материей нашего мозга, чтобы двигать наши руки, ноги или язык? Сознание, или свободная воля, даже не фигурирует в полностью детерминистской вселенной, потому что законы причинности допускают только поочередный порядок вещей в бесконечной цепи причин и следствий, простирающейся от той пещеры Шове обратно к Большому взрыву.

Жан-Мари описывает момент, когда он и его друзья впервые осмотрели картины в пещере Шове: «На нас давило чувство, что мы были не одни — нас окружали духи художников. Казалось, мы чувствовали их присутствие»[148]. Очевидно, что исследователи получили глубокий, как некоторые назвали бы, духовный опыт. Когда мы смотрим внутрь черепа человека или животного, все, что мы находим, — влажная мягкая плоть, не особенно отличающаяся по составу от бизоньего стейка. Но когда эта плоть находится внутри нашего собственного черепа, она осознает себя и усваивает опыт, понятия, которые, думается, не существуют в материальном мире. И каким-то образом этот неосязаемый материал осознания и опыта — наше сознание — движет нашим материальным мозгом, обусловливая наши действия (или по крайней мере мы так это воспринимаем). Эта головоломка, по-разному называемая то психофизической проблемой, то трудной проблемой сознания, безусловно, самая глубокая тайна всего нашего существования.

В этой главе мы зададимся вопросом, может ли квантовая механика дать какие-то разгадки этой глубокой тайны. Следует подчеркнуть прежде всего, что любые доводы о сознании остаются весьма спекулятивными по своей природе, так как никто не знает, что это такое и как это работает. Среди неврологов, психологов, компьютерщиков и исследователей искусственного интеллекта даже нет консенсуса по поводу необходимости чего-то еще, помимо очевидной сложности человеческого мозга, для объяснения сознания.

Нашей отправной точкой будут мозговые процессы, которые привели к тому, что на скале в Ардеше появился силуэт бизона.

Механика мышления

В этом разделе мы будем следовать причинно-следственной цепочке в обратном направлении от появления линии красной охры на стене пещеры 30 тысяч лет назад. Этот путь поведет нас от сокращений мышц в руке художника, рисовавшего ту линию, обратно к нервным импульсам, заставившим мышцы сокращаться, далее к импульсам в мозге, возбудившим эти нервы, и сенсорному воздействию, которое запускает цепь событий. Наша цель — установить, где сознание вносит свой вклад в эту причинно-следственную цепочку, чтобы исследовать роль квантовой механики в этом событии.

Мы можем представить себе картину, как тысячи лет тому назад неизвестная художница, одетая, возможно, в медвежьи шкуры, всматривалась в темноту пещеры Шове. Рисунки были обнаружены глубоко внутри пещеры, и у нее, наверное, кроме емкостей с красками, был с собой в пещере факел. Затем в какой-то момент художница обмакнула палец в плошку с окрашенным углем и нанесла краску на стену, изображая контур бизона.

Движение руки художницы по стене пещеры инициировал мышечный белок миозин. Миозин — фермент, который использует химическую энергию для подпитки мышечных сокращений, по сути заставляя мышечные волокна скользить друг по другу. Детали этого механизма сокращений вычислялись сотнями ученых в течение нескольких десятилетий, и это замечательный пример биологической инженерии и динамики на наноуровне. Но в этой главе мы опустим увлекательные молекулярные подробности сокращения мышц, сосредоточившись на том, как некая эфемерная идея может заставить мышцы сокращаться (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Нервные сигналы идут от головного мозга по спинному, достигая мышечных волокон и заставляя мышцы сокращаться и двигать конечность — руку

Ответ в данном случае — никак. Сокращения мышечных волокон художницы фактически запустились, когда положительно заряженные ионы натрия направились в ее мышечные клетки. Мышечные клетки имеют больше ионов натрия на внешней стороне их мембраны, чем внутри, что приводит к разнице напряжения на их мембране, и это немного напоминает крошечную батарейку.

Однако в этих мембранах есть поры, называемые ионными каналами, которые, открываясь, впускают ионы натрия в клетку. Именно этот процесс электрической разрядки и вызвал сокращение мышц художницы.

Следующим шагом к началу нашей цепочки причинно-следственных связей будет вопрос: что заставило ионные каналы в мышцах открыться в тот момент? Ответ заключается в том, что двигательные нервы, присоединенные к мышцам руки художницы, высвободили химические вещества, называемые нейротрансмиттерами, которые и открыли ионные каналы. Но что же тогда заставило эти двигательные нервы выпустить дозу нейротрансмиттеров? Нервные окончания выпускают нейротрансмиттеры всякий раз, когда появляется электрический сигнал, называемый потенциалом действия (рис. 8.2). Потенциалы действия имеют основополагающее значение для всех сигналов нервной системы, поэтому нам нужно более внимательно взглянуть на то, как они работают.

Рис. 8.2. Нервы посылают электрические сигналы от тела клетки вдоль аксона к нервным окончаниям, где они вызывают высвобождение нейротрансмиттера в синапсах. Нейротрансмиттер попадает в тело следующего по цепочке нейрона, возбуждая его и тем самым передавая нервный сигнал от одного нейрона к другому

Нервная клетка, или нейрон, — чрезвычайно длинная, тонкая змеевидная клетка, состоящая из трех частей. На головном конце у нее паукообразное клеточное тело, где и берет начало потенциал действия. Затем он проходит вдоль тонкой средней части под названием «аксон» («пучкообразный отросток» обонятельного нейрона) к нервному окончанию, где молекулы нейротрансмиттеров высвобождаются (см. рис. 8.2). Хотя аксон напоминает маленький электрический кабель, способ передачи в нем электрического сигнала гораздо сложнее, чем процесс прохода потока отрицательно заряженных электронов через медный провод.

Нервная клетка так же, как мышечные клетки, как правило, имеет больше положительно заряженных ионов натрия снаружи, чем внутри. Эта разница поддерживается с помощью насосов, которые выталкивают положительно заряженные ионы натрия из нервной клетки через мембрану. Избыток внешних положительных зарядов обеспечивает разницу напряжения на клеточной мембране около одной сотой доли вольта. Хотя это с виду немного, вы должны помнить, что клеточные мембраны толщиной всего несколько нанометров, так что это напряжение возникает на очень коротком расстоянии. Это означает, что мы имеем разность потенциалов (чем и является напряжение на самом деле) на клеточной мембране в миллион вольт на метр. Это эквивалентно ошеломляющим десяти тысячам вольт на отрезке один сантиметр и почти достаточно, чтобы создать искру, какая, например, требуется свече зажигания вашего автомобиля для воспламенения топлива.

Головной отдел двигательного нерва художницы, или тело нервной клетки, соединяется со скоплением структур, называемых синапсами (см. рис. 8.2), которые являются своего рода распределительными коробками между нервами. Верхние нервы высвобождают молекулы нейротрансмиттера в эти распределители в таком количестве, в каком их высвобождается в нервно-мышечном соединении; это вызывает открытие ионных каналов в мембране тела нервной клетки и позволяет тем самым положительно заряженным ионам устремляться внутрь, вызывая резкое падение напряжения.