Коллективный разум. Как мозги социальных животных синхронизируются друг с другом

Не одни только люди демонстрируют тонкое понимание социальных норм. Так, если группа взрослых самцов макак-резусов (macaca mulatta) встает вокруг вращающегося стола, уставленного едой, они действуют по принципу «я чешу спину тебе, а ты чешешь мне»: одна обезьяна предлагает кусочек фрукта другой и ждет того же в ответ. Если партнер не угостит обезьяну, то она, скорее всего, в следующий раз откажет невежливому товарищу. Кроме того, обезьяны любят собираться в группы, и если они видят, что одна обезьяна была добра к другой, они тоже стремятся проявить доброту к первой обезьяне. Если вы наблюдаете за этим со стороны, это выглядит прямо как группа друзей, покупающих друг другу напитки в баре.

Десятилетия исследований развеяли миф о том, что социальность присуща только нашему виду, но ученые до сих пор не могут понять, как отдельные животные сохраняют информацию о структуре «общества», в котором они живут. Неужели обезьяны просто копируют друг друга и делятся с товарищами пищей по принципу зеркального отражения? Или они действительно отслеживают поведение других, чтобы принимать взвешенные решения в рамках собственного социума?

На протяжении многих лет биологи использовали различные подходы, чтобы ответить на подобные вопросы. Натуралисты XIX века, рассматривая поведение животных, обращали внимание на его психологические и физиологические аспекты. Но только после новаторских работ зоологов Николаса Тинбергена и Карла фон Фриша, опубликованных в 1930-х, ученые попытались понять эволюционный смысл социального поведения.

В рамках этологии, современной дисциплины, изучающей поведение животных, существует два основных способа исследования социальной жизни животных. Первый предполагает анализ данных, полученных в ходе наблюдений за животными в полевых условиях — так ученые пытаются понять групповую динамику их жизни, глядя «извне». Но из таких наблюдений нельзя сделать никаких выводов о том, что происходит в сознании отдельного существа. Для этого существует второй подход, который сосредоточен на обнаружении мозговой активности одной особи: проанализировав ее, ученые пытаются установить связь между паттернами нейронных всплесков или возбуждений — колебательной электрической активности, которая производит мозговые волны, — и определенными видами деятельности.

Тем не менее, эти данные поступают «изнутри наружу» и почти не охватывают групповую динамику. Таким образом, фигурально выражаясь, оба этих кадра дают неполную картину.

Сейчас новое поколение ученых настаивает на третьей, более тонкой парадигме изучения социальности животных, объединяющей оба упомянутых подхода. «Коллективная нейробиология» исходит из идеи, что мозг эволюционировал в первую очередь для того, чтобы помогать животным существовать внутри социальной группы, а не для решения проблем в индивидуальном порядке, поэтому его нужно изучать как своего рода коллективный орган. Встраивание мозга в социальную структуру неизбежно изменяет его, как и мозги других участников группы, и нет смысла изучать отдельные изолированные сознания, поскольку это все равно не даст полной картины. Основываясь на представлении о том, что интеллект — это динамика причинно-следственных связей между несколькими мозгами, исследователи используют новейшие методы нейровизуализации, чтобы получить более детальное представление о мозговой активности нескольких животных, когда те участвуют в различных социальных действиях. Есть надежда, что это может привести нас к пониманию того, как животные воспринимают свой социальный мир и как это восприятие кодируется нейронами.

Вместе с тем коллективная нейробиология может помочь нам лучше понять человеческое общество. Поскольку наш мозг, по-видимому, работает по-другому, когда мы взаимодействуем с другими людьми, для улучшения коллективного психического здоровья мы должны признать необходимость изменения всей социальной среды, а не концентрироваться на отдельных патологиях. С другой стороны, если социальность является необходимым шагом на пути к интеллекту, неясно, действительно ли у алгоритмов машинного обучения есть шанс приблизиться к человеческому интеллекту — впрочем, возможно, они своевременно будут помещены в общество других алгоритмов.

В когнитивной неврологии выделяются участки мозга животных, которые отвечают за восприятие, действие, память, внимание, принятие решений и общительность. Но если рассмотреть поведение животных через коллективную призму, мы увидим, что большие части мозга стремятся функционировать в гармонии с другими особями, говорит Эммануэль Тоньоли, исследовательница Центра сложных систем и наук о мозге при Атлантическом университете Флориды, которая, к сожалению, умерла вскоре после нашего интервью. Она отмечала, что мозг, вероятно, эволюционировал таким образом, чтобы справляться с информационной сложностью навигации и координации социальных отношений. По ее словам, если это правда, то когнитивная неврология, игнорирующая социальность, бессмысленна.

Многие исследования в области когнитивных наук посвящены тому, как отдельный мозг реагирует на стимулы — например, как мы решаем проблему, о которой нам рассказывает друг, или как мы вспоминаем тот же разговор спустя недели. Но даже в исследованиях, сосредоточенных на динамике отношений между двумя людьми, упускаются определенные виды взаимодействий, которые естественным образом возникают в более сложных социальных группах, такие как распределение внимания, создание подгрупп и вербовка союзников, говорит Джулия Слива, исследователь нейронных систем в Парижском институте мозга и автор основополагающей статьи о необходимости коллективной нейробиологии. По ее словам, она и другие ученые пытаются опровергнуть устоявшееся мнение о том, что «интеллект, и в данном случае социальный интеллект вида, проистекает исключительно из работы отдельного мозга».

Нейрофизиологи до сих пор изучают то, как группы нейронов в отдельном мозге могут производить информацию; однако нам также нужно выяснить, как такая информация обрабатывается сразу несколькими мозгами, работающими вместе, и в каком виде она существует между ними.

Для обоснования этой идеи нужен опытный материал, но, кроме того, это очень сложно технически. В рамках исследований в области неврологии животных ученые обычно прикрепляли к ним неуклюжее лабораторное оборудование и подталкивали их к взаимодействию в паре. Но эти искусственные условия, конечно, сильно искажают социальную динамику, свойственную животным в дикой природе. Сейчас же новые портативные технологии, такие как беспроводные нейрофизиологические записывающие устройства, позволяют наблюдать за животными в их естественной среде обитания, где они взаимодействуют органично и в гораздо больших группах.

Вспомните тех же дружелюбных макак — именно им посвящено гарвардское исследование, опубликованное в журнале Science в конце 2021 года. Исследователям удалось заглянуть в мозг макак с помощью специальных шлемов, способных с большой точностью отслеживать активность определенных нейронов. Ученые заметили, что каждый вид взаимодействия включает в себя несколько характерных нейронов, «загорающихся» в дорсомедиальной префронтальной коре, части мозга, которая, как считается, играет важную роль в социальных взаимодействиях. Разные нейроны реагировали по-разному в зависимости от обстоятельств: некоторые нейроны срабатывали, когда партнер обезьяны не давал в ответ кусочек фрукта, и гасли, когда еще какая-нибудь обезьяна отвечала взаимностью, в то время как другие нейроны вели себя противоположным образом. Кроме того, в мозгах обезьян были нейроны, которые, судя по всему, кодировали информацию о выборе, результатах и взаимодействиях между другими обезьянами, за которыми подопытные обезьяны просто наблюдали. Другими словами, оказалось, что существуют нейроны, которые отвечают за то, как особь воспринимает сложное социальное поведение ее товарищей.

Исследователи из Гарварда перенесли эти наблюдения на нейронную карту на экране компьютера, которая позволила им предугадывать, ответят ли макаки на чье-либо действие взаимностью или не ответят — еще до того, как они делали этот выбор в реальной жизни. Эти предсказания были удивительно точными, из чего следует, что конкретные нейроны отвечают за конкретные типы социального взаимодействия. Чтобы убедиться в этом, исследователи зашли с обратной стороны: они применили очень слабый электрический ток, чтобы временно нарушить активность нейронов в определенных частях мозга обезьян и посмотреть, отвратит ли это макак от выполнения определенных социальных действий или нет.

Теория подтвердилась: под воздействием электрического тока способность обезьян совершать социальные действия резко упала, и они не смогли ответить товарищам взаимностью.

Второй эксперимент, на который указывает Слива в своей статье, сосредоточен на «синхронизации мозга с мозгом». В своем исследовании 2010 года Гийом Дюма, доцент кафедры вычислительной психиатрии Монреальского университета, показал, что мозги взаимодействующих людей, например, делающих забавные бессмысленные жесты руками и наблюдающих друг за другом, отражают друг друга на неврологическом уровне. В другом исследовании Дюма испытуемыми были люди, находящиеся в романтических отношениях: в комнате был либо один из них, либо оба, но на расстоянии друг от друга, либо они держались за руку. Всякий раз одному из них причинялась боль. Неудивительно, что в ситуации, когда партнеры держались за руку, сигналы их мозгов обнаружили наибольшее сходство, а человек, испытывающий боль, сообщил, что это облегчало ее. (Дополнительные исследования показали, что обезболивающий эффект намного ниже, если вы держитесь за руки с незнакомцем.)

Похожие результаты давали и другие эксперименты. Ури Хэссон, исследователь из Принстонского института неврологии, выяснил, что хороший рассказчик может вызвать синхронизацию между своим мозгом и мозгом слушателя (если у них есть точки соприкосновения, общие опыт и убеждения); а в классной комнате, согласно исследованию Сюзанны Диккер, старшего научного сотрудника института Макса Планка, синхронизация мозговых волн учащегося и его одноклассников может служить хорошим показателем того, насколько они вовлечены в процесс обучения и насколько они ладят друг с другом.

Касается ли все это животных? Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали статью в журнале Science, в которой они использовали оптику коллективной нейробиологии, чтобы выяснить, происходит ли то же самое с фруктовыми летучими мышами — общительными животными, которые проводят большую часть своей жизни в группе: днем прячутся в небольшие укромные уголки, а ночью вместе добывают пищу.

Исследователи отслеживали мозговую активность летучих мышей с помощью беспроводных нейрофизиологических записывающих устройств, пока животные свободно летали в своих вольерах и разговаривали друг с другом с помощью характерных пронзительных криков. Как и в исследовании макак-резусов, ученым стали очевидны различные паттерны возбуждения нейронов, когда летучие мыши распознавали и различали крики разных членов группы. У летучей мыши — слушателя крик одной летучей мыши стимулировал активность в одном наборе нейронов, а крик другой летучей мыши — в другом.

Отображение было настолько четким, что, находясь в удаленной комнате и лишь наблюдая за мозговой активностью летучей мыши на экране, исследователи могли определить, какие именно летучие мыши кричат.

Кроме того, исследование показало, что вся группа летучих мышей синхронизировала состояния своих мозгов во время общения. Нейроны нескольких животных возбуждались и колебались одновременно, в результате чего их мозги буквально настраивались на одну и ту же «волну». И если летучие мыши были дружны, проведя вместе значительное количество времени, их мозги синхронизировались еще сильнее — эффект, похожий на результат исследования Дюма, где люди держались за руки.

В ходе эксперимента, когда летучим мышам, находящимся в изоляции, включались аудиозаписи криков других летучих мышей, это не вызвало никакой активности в соответствующих областях мозга. Возможно, летучие мыши поняли, что запись не предполагала настоящего социального взаимодействия. Это можно объяснить тем, как животные воспринимают присутствие друг друга, используя зрение и обоняние в дополнение к слуху. Но, как ни странно, также это может говорить о том, что для возбуждения социальных нейронов индивида необходимо присутствие другого мозга. То есть социальный контекст модулирует активность как внутри мозга, так и между мозгами.

Мы еще многого не знаем. Да, определенные нейроны активируются и синхронизируются, когда два «друга» из числа летучих мышей окликают друг друга, и определенные нейроны активируются, когда две обезьяны делятся едой. Но еще только предстоит определить, выполняют ли эти нейроны синхронизацию, распознавание или кодирование информации. Кроме того, мы не знаем, в какой степени социальная информация сохраняется с течением времени — может быть, она хранится только на время текущей социальной активности. Тем не менее, коллективная нейробиологии, несомненно, достигла значительных успехов. В большинстве предыдущих исследований ученые не могли определить, почему срабатывает определенный нейрон — случилось ли это потому, что животное осознало, что оно взаимодействует именно со своим «другом», или потому, что оно в принципе взаимодействовало с другим животным, отмечает Слива.

Однако, по словам Сливы, предварительные исследования являются важными частями гораздо более масштабной головоломки. Их результаты подтверждают идею о том, что ученые могут обнаружить совершенно новые особенности восприятия, если будут тщательно исследовать мозг как коллективный орган. Важно отметить, что это также означает отказ от четкого разделения между стимулами к действию и поведением как их следствием; скорее, коллективная нейробиология предполагает науку о сложных системах, где причинно-следственная связь нелинейна, а циклична, а социальные и нейронные структуры переплетаются непредсказуемым образом.

Возьмем спортивную команду. Статистические данные некоего игрока могут рассказать, подходит он команде или нет, но по ним не понять, вольется ли он в коллектив, попадает ли на одну «волну» с командой.

Возможно, весь секрет во взаимопонимании, а не в статистических данных.

В контексте нейробиологии социальных животных это означает, что нужно обратить внимание на то, как социальный контекст влияет на отдельный мозг. Принцип сложных систем требует, чтобы мы изучали неврологию животных в полном объеме: начиная с нейронов, переходя к мозгу и отдельным индивидам, затем к парам и группам — причем эти уровни следует постоянно соотносить друг с другом. С этой точки зрения, сознание представляет собой динамичный процесс, который происходит не только внутри мозга и между мозгами, но и на различных биологических, поведенческих и социальных уровнях организации.

Понимание того, как нейронная активность связана с конкретными социальными взаимодействиями и как групповая социальная динамика влияет на биологию мозга, может пролить свет на некоторые свойства человеческого общества. Коллективная неврология предлагает новый способ рассмотрения психоневрологических заболеваний, таких как депрессия и шизофрения. С этой точки зрения нужно исследовать их не как примеры индивидуальных дисфункций в мозге, а как явления, возникающие в результате множества динамических физиологических и социальных процессов. Как можно докопаться до сути человеческого сознания, если мы являемся социальными существами, на эволюцию которых глубокое влияние оказала культура? Эксперименты с макаками помогли выявить области мозга, связанные с ненормальным или нормальным социальным поведением. Соответствующие исследования на людях могут подарить нам новые методы лечения или терапии.

В области искусственного интеллекта применение парадигмы коллективной нейробиологии может помочь выявить разницу между настоящим интеллектом и ненастоящим — пусть полезном, сообразительном, но ограниченном алгоритмами. Если сложная когнитивная архитектура людей происходит из их способности участвовать в социальном и культурном взаимодействии, ученые-компьютерщики должны принять это к сведению. Например, Дюма, специалист по вычислительной психиатрии, говорит, что социальное взаимодействие в мире ИИ похоже на темную материю в области физики: «Мы хорошо знаем, что оно существует, но мы пока плохо понимает, как изучать ее более непосредственно». Сейчас Дюма работает над созданием протоколов для понимания социального взаимодействия машин.

Слива напоминает, что для решения предстоящих задач не нужно полностью отказываться от изучения нейробиологии отдельного мозга. Коллективные взаимодействия могут объяснить многие свойства социального интеллекта, который мы наблюдаем у животных, но мозг каждого отдельного существа способен независимо их анализировать. По-прежнему жизненно важно продолжать изучать, как отдельный мозг использует эту когнитивную способность, а также как мозги отдельных животных начали работать вместе. Если интеллект — это динамика петель обратной связи между несколькими мозгами, отмечает Слива, то способ, которым мы его изучаем, также должен представлять собой систему различных циклических структур, подпитывающих друг друга — «множество петель на разных уровнях исследования».