Популярное

«Нам хочется думать, что мы воспринимаем мир совершенно объективно». Биолог Николай Кукушкин — о теории временных окон и роли памяти в формировании личности

Два года назад молодой биолог Николай Кукушкин перестал писать для нас свои чудесные статьи и растолковывать простым языком с использованием юмора и метафор новости ученого сообщества. И это один из редких случаев, когда мы были рады такому повороту — ведь Коля предпочел журналистике настоящую науку, которая меняет жизни людей гораздо серьезнее, чем печатное слово. Агата Коровина поговорила с преподавателем Нью-Йоркского университета о том, зачем люди спят, как долгосрочная память переходит в краткосрочную и насколько можно доверять «объективному восприятию реальности».

— Практически в каждой своей лекции на YouTube ты упоминаешь о слизнях или лаборатории, где работаешь со слизнями. Что ты там с ними делаешь?

— Официально они называются морские зайцы или аплизии. Но «слизень» нормальное слово, мне нравится.

Работать со слизнями не я придумал и не наша лаборатория. Это известная модель для исследования нервной системы, потому что она у них очень простая. Чисто для сравнения: в мозге человека примерно 100 миллиардов нейронов, а у аплизии 20 тысяч. Разница в пять миллионов раз. А так как меня интересуют вопросы глобальные, не как работает мозг человека, а что такое память, нервная система, откуда все это взялось и так далее, слизняки подходят идеально.

Их можно разбирать, как роботов, а потом восстанавливать всю последовательность событий нервной системы: куда был отправлен сигнал, что где преобразовалось, запомнилось. Это машина поведения и запоминания, которую можно достаточно легко изучить.

— Тогда мне вдвойне интересно, почему ты на стене ВКонтакте написал: «Пожалуй, главная мудрость, которую дает Слизень — это относительность жизни, смерти, восприятия, памяти, поведения и вообще почти любого биологического процесса»?

— Когда ты несколько лет работаешь с животным, то смотришь на него — ну, животное и животное, оно двигается, ест, спаривается. А потом ты достаешь из него мозг и помещаешь в соленую воду. Там он у тебя живет еще два дня и понятия не имеет, что с ним что-то произошло. В нем все работает так же, как и раньше. Вот этот мозг — он еще живой или уже мертвый? Где молекулы становятся животным?

Следующий шаг понимания — качественно мы, люди, ничем не отличаемся от других животных. Конечно, экзистенциально мы сложнее, но, по сути, точно так же разбираемы до молекул и клеток.

И если человека так же разобрать, то возникнет точно такой же вопрос: где человек, а где его составные части, в какой момент возникает его жизнь как качественно описываемое?

В биологии в принципе так устроено, мы всегда ищем категориальные единицы: организм, жизнь, сознание. Далеко не обязательно, что система сама знает об этих единицах. Далеко не обязательно, что они на самом деле существуют в какой-то определенной форме, которая отделима от нашего представления.

— Я так понимаю, именно после работы с аплизией ты открыл явление «временных окон», о котором недавно писал в статье. Расскажи, что это такое.

— Да, конечно. Временное окно — это отклонение мозга от состояния равновесия, к которому он рано или поздно возвращается. Моя идея состоит в том, что всю память можно свести к системе таких отклонений. Изначально они возникают под воздействием внешней среды, но в определенных комбинациях порождают новые отклонения, которых раньше не было. Грубо говоря, сумасшедший мужик на улице — это отклонение от равновесия, пьяный мужик — тоже отклонение, но только когда они на улице вместе, тетя Груша звонит ментам — и возникает еще одно отклонение, более длительное и серьезное. В мозгу тоже так: любой стимул из внешней среды вызывает временные окна в мозгу, а он превращает их комбинации и паттерны в новые временные окна.

Допустим, мы посмотрели на солнце, закрыли глаза, и несколько секунд нам мерещатся пятна. Солнце уже не светит, но в мозге как бы сохранился его отпечаток. Это краткосрочная память. В какой-то момент мозг придет к балансу, отпечаток исчезнет, временное окно закроется, память исчезнет. Но пока отпечаток есть, он может взаимодействовать со всем остальным, что в мозгу происходит в данный момент.

Представим, что мы слушаем музыку. Она, как и солнце, отпечатывается в мозге на некоторое время, потом исчезает. Но если мы услышим эту музыку еще раз, пока ее отпечаток не успел окончательно исчезнуть, этот новый стимул совпадет по времени с тем, что сохранился с предыдущего раза. И это совпадение приведет к возникновению нового временного окна повышенной длительности — так краткосрочная память становится более долгосрочной.

В примере с мужиками и тетей Грушей всего один уровень превращения: громкие мужики превращаются в полицейский визит. В мозге уровни превращений могут исчисляться сотнями и тысячами. Музыка совпадает с музыкой из прошлого, с эмоциями из настоящего, с контекстом, мотивацией и так далее. Вся механика памяти состоит в превращении одних отклонений в другие: из мгновенных — в более длительные, из краткосрочных — в более долгосрочные, из мельчайших — в более масштабные. Поэтому память не существует отдельно от мозга. Память — это сохраненные состояния ума. Это что-то из прошлого твоего сознания, то, что ты воспринимал.

Моя работа основана на сравнении памяти слизняков и нашей памяти. Как проявляется память у слизняков? Если их ущипнуть, то они потом эту часть тела будут втягивать быстрее. Никого этим не удивишь, это достаточно понятная реакция, странно было бы ожидать чего-то другого. Но люди, когда слышат, чем я занимаюсь, часто спрашивают: «А у слизняков что, есть память?» Они пытаются представить, что у аплизии человеческая память, что они воспринимают мир, как мы.

Но память — это не только то, что помнят люди. В более общем смысле это то, что остается внутри животного после какого-то опыта, что в дальнейшем изменяет его поведение: с животным что-то произошло, в организме что-то поменялось, в дальнейшем изменяется поведение организма. Память большинством ученых определяется через поведение.

Но я пытаюсь доказать, что память — это нечто еще более общее, чем поведение. Движение — это не единственная вещь, которую организм делает. Например, он может производить какие-то гормоны, изменять метаболизм — это никак не проявится внешне, но это все равно реакция на что-то, что сохранилось в организме после предыдущего опыта. В своей статье я показываю, что понятие памяти не завязано на поведении животного как такового, оно завязано на превращении какого-то краткосрочного стимула в некое более долгосрочное отклонение системы.

Чем, например, движение хвоста у улитки принципиально отличается от движения молекул в ее клетках? Первое традиционно считается поведением, а второе — возможно, механизмом поведения, но никак не самим поведением. Мне кажется, такая фиксация на движении тела мешает пониманию более общего феномена памяти в живых системах.

Работая с аплизией, прийти к такой мысли гораздо проще, потому что проще сам организм: от самых мелких, молекулярных и клеточных отклонений до отклонений поведения и состояния целого организма всего несколько шагов. Так проще увидеть, что памятью обладает не только целое животное, но и каждый уровень его внутреннего устройства: органы, клетки, даже молекулярные ансамбли. То, что мы субъективно воспринимаем как память, — на самом деле оркестр из колебаний всех этих систем во времени.

— То есть краткосрочная и долгосрочная память работают одновременно?

— Именно так. Долгосрочная память как бы выводится из краткосрочной. Выводится из комбинаций паттернов краткосрочных воспоминаний точно так же, как краткосрочные воспоминания выводятся из паттернов стимула. На самом деле, краткосрочность и долгосрочность памяти — это просто время, на которое в организме что-то качнулось. Качается много чего, куча этих уровней, сотни и тысячи. Какие-то из них качаются на короткое время (краткосрочная память), а какие-то на длительное время (долгосрочная память). И на каждом уровне мы извлекаем какой-то паттерн из того, что мы получили изначально из внешней среды. А получили мы распределение стимулов. Например, с какой периодичностью фотоны падали нам на сетчатку, в какой момент звуковые волны достигли ушей, в какой момент рецепторы на коже с чем-то соприкоснулись. Все остальное организм сам как-то высчитывает: он решает, что означают краткосрочные сигналы, их повторение с периодичностью в пять минут, месяц, несколько лет. Чем долгосрочнее паттерн, который организм усваивает, тем долгосрочнее память об этом паттерне.

Ключевой момент, да, что краткосрочная и долгосрочная память существуют одновременно. Краткосрочная память не становится долгосрочной. Краткосрочная есть каждый раз, когда мы что-то воспринимаем, она существует в этот момент. Долгосрочная выводится из многих-многих комбинаций краткосрочных временных окон. Мы используем и то и то постоянно просто для восприятия. Вот ты ешь у бабушки борщ, тебе очень хорошо.

Краткосрочная память говорит, что ты только что поел, а долгосрочная, что этот суп замечательный еще с тех пор, как ты его 25 лет назад впервые попробовал, появляются все ассоциации, связанные с этим супом, бабушкой, домашним уютом. Все это наслаивается и формируется восприятие борща.

Нам хочется думать, что мы воспринимаем мир совершенно объективно. Но на самом деле мы все усваиваем сквозь призму опыта. Иначе мы бы не могли воспринимать мир. Любой предмет для нас не просто предмет, а все, что с ним связано: все ассоциации, слова, люди. Все это мы воспринимаем через иерархию разных памятей.

— Именно поэтому мы можем увидеть лицо даже в розетке, а перевернутое лицо нигде считать не можем? У нас просто нет такой модели, такого опыта?

— Этот конкретный пример чуть-чуть посложнее, потому что способность распознавать лица в нас заложена физиологически. Даже если бы мы никогда не видели лиц, мы все равно их узнали бы. Если ты видишь симметричную фигуру с двумя глазами и носом посередине, значит, на тебя кто-то смотрит в упор. В живой природе редко встречаются вертикально-симметричные объекты помимо взгляда, направленного на тебя, а такой взгляд опасен.

— Воображение влияет на память?

— Воображение основано на памяти. Это вымышленные комбинации каких-то образов, усвоенных ранее. Из чего бы мы воображали, если бы мы этих вещей не знали? Но да, память тоже может быть основана на воображении — если что-то очень хорошо вообразить, то потом можно и не отличить от того, что произошло. С точки зрения мозга эта граница очень зыбкая.

— Как бы ты сам оценил свою память?

— Я очень плохо запоминаю то, что мне неинтересно, и очень хорошо запоминаю то, что мне интересно.

— Ты используешь какие-нибудь схемы для лучшего запоминания?

— Нет, у меня нет такой проблемы. Все, что мне нужно запомнить, запоминается очень легко. А если не нужно, то зачем мне это знать? Я просто вышел из возраста, когда надо было в большом количестве запоминать неинтересные вещи. В институте это еще происходило, но потом… Бывает, я неделями забываю купить зубную щетку, потому что мне очень скучна эта память. Но статью, из которой мне нужно извлечь какую-то полезную информацию, я могу прочитать один раз и запомнить все, что нужно.

Мне кажется, я пребываю в хороших отношениях со своим мозгом. Я его не насилую. Если я понимаю, что не идет, то я не буду форсировать, я просто подожду.

— Если бы тебе вмонтировали жесткий диск, ты хотел бы, чтобы на него автоматически записывалось все, что ты видишь и думаешь, или только то, что ты сам хочешь сохранить?

— Память невозможно представить как нечто отделимое от мозга, соответственно, тебя самого. У нас есть эта компьютерная метафора, которая очень удобна, которую интуитивно очень хочется использовать, но память — это все, что происходит во всем мозге, даже во всем теле. Твой вопрос подразумевает, что есть некий «я», который отделен от мозга и памяти и может сказать: «Так, я хочу сохранить вот это и вот это». Что собой представляет этот «я» я не знаю, его в отдельном виде не существует. Представление о себе — это тоже комбинация конструктов памяти. «Я» — это мой образ себя.

Допустим, я хочу сохранить, как я ходил пить пиво с друзьями. Но я же запоминаю какие-то картинки не в вакууме, я запоминаю то, что испытывал в конкретный момент, к этому добавляются мои знания о друзьях, наших с ними взаимоотношениях и так далее. У памяти нет границы. Я не отвечаю на твой вопрос напрямую, но потому что это один из главных моментов — память неотделима от вспоминающего.

— Хорошо. Тогда зайдем с другой стороны. Кембриджский нейрофизиолог Майкл Андерсон в своих экспериментах показал, что нам под силу осознанно управлять памятью, в том числе забывать какие-то вещи. Достаточно «уводить» мысль, не додумывая до конца, или, например, формировать ассоциацию-подмену. Получается, мы сами можем решать, что забывать, а что помнить. Какой-то чудо-таблетки от ученых можно и не ждать?

— Тот факт, что мы можем что-то забыть сознательно, не означает, что все забывание под нашим контролем. Да, есть работы, очень интересные, про то, как можно подавить какую-то память. Но если смотреть на память как на временные окна, то все встает на свои места. Есть временное окно, какая-то память, оно движется по своей временной траектории. Каким-то сознательным усилием мы можем изменить траекторию этой памяти, мы заставляем это окно раньше закрыться. Это легко можно представить, это доказано экспериментально. Но в то же время закрытие любого временного окна — это то, что в него заложено по определению.

В любой памяти заложено свойство забывания. Вопрос в том, когда оно наступит: через секунду или через много лет. Забывание — это обязательная часть запоминания.

— Я могу гулять по улице и не замечать, как что-то забываю?

— Сейчас считается, что забывание происходит во сне, будто это центральная функция сна. Сон — очень интересное явление, потому что, с одной стороны, это что-то очень опасное для организма: ты на половину суток отключаешься от внешней среды и никак на нее не реагируешь, тебя за это время можно убить и съесть. С другой стороны, очень странно, что нет ни единого животного с нервной системой, которое бы не спало.

Спят все, притом что это очень плохая идея. Должно быть какое-то глобальное объяснение. Сейчас этим объяснением является забывание.

Предполагается, что за день, если мы дневные животные, в мозгу что-то записывается, записывается, записывается, и на каком-то этапе все это начинает сливаться в единую кашу. Чтобы мозгу с этим справиться, ему нужно на определенное время отключаться от внешней среды и всю эту память немного снижать, приводить к неизменному общему состоянию.

Каждый день мы выводим какие-то воспоминания вперед, а каждую ночь равномерно снижаем силу всей памяти вместе взятой. Автоматически за несколько циклов сна слабая память начнет пропадать, а то, что мы вспоминаем каждый день, о чем мы напоминаем своему мозгу регулярно, мы обновляем, поддерживаем впереди других воспоминаний.

— А люди с фотографической памятью?

— Я могу предположить, что это крайний случай эффективного запоминания. Это вряд ли дефект забывания. Если не спать несколько суток, то эффект будет не как при фотографической памяти. Очень скоро перестанешь понимать, что происходит. Воспоминания начнут наслаиваться на текущее восприятие, появятся галлюцинации. Без забывания невозможно нормально существовать. И даже у людей с фотографической памятью какое-то забывание должно быть.

— Сможем ли мы когда-нибудь создавать ложные воспоминания и использовать эту технологию дистанционно, как оружие?

— Скажем так, теоретически… наверное, да. Но мне сходу не представить, как это было бы устроено. Опять возвращаемся к тому, что память — это не файл. Память — это масса наслаивающихся друг на друга состояний мозга, которые существуют как результат всего предыдущего опыта. Для того чтобы создать воспоминания, соответственно, нужно воспроизвести весь этот опыт во времени.

Ключевой момент в памяти — это время — промежутки между стимулами. Опыт нужно воспроизводить за все время, которое нас интересует. Если мы хотим воссоздать память какого-то одного дня, то нам нужно потратить как минимум день на то, чтобы эту память восстановить.

Я могу представить, что будут существовать приборы, которые можно будет подключить к мозгу, и они вместо глаз и ушей станут образовывать звуки и картинки в голове, но память все равно создается мозгом, это то, что мозг извлекает. Без перестройки мозга как физической машины создать память, которая была бы реалистична, с нуля и быстро, мне кажется, нельзя. Возможны варианты с виртуальной реальностью, пожалуй, можно как-то обмануть человека, если он не знает, проживает ли реальную жизнь или находится в матрице. Но как это сделать дистанционно?

— Память — это не файл, понятно, но сможем ли мы когда-нибудь оцифровать себя, записывать и хранить свою личность на внешнем носителе?

— Да, можно, но для этого нужно воспроизвести точно такой же мозг. Носителем твоей памяти должна быть копия твоего организма. Тогда это можно провернуть. Иначе будет какое-то упрощение, редукция твоей памяти.

— Значит, цифровой системой и единым организмом мы, люди, тоже не станем?

— Все зависит от того, что такое «мы». Если поставить вопрос, будет ли существовать какая-то цифровая система, единицы которой будут воспринимать себя как сознательные люди, я вполне могу такое допустить. Будут ли эти люди нами — я не знаю. И где граница между искусственным интеллектом и оцифровкой себя?

— Философ Гёдель считал, что никакая система не может понять другую систему, которая сложнее, чем она. Ты с этим согласен?

— Зависит от того, что такое «понять» и что такое «сложнее». Это может быть заложено просто в определение этих слов. Если сложнее, чем я, то это может означать, что у меня нет способа это концептуализировать, и поэтому я не могу это понять. Если под «сложнее» подразумевается количество составных единиц, то я не могу с этим согласиться. Мне кажется, мы уже понимаем то, что сложнее нас.

— То есть ты веришь, что мозг можно изучить полностью?

— Да. Но мозг не сложнее, чем мы. Это и есть мы.

— Но ты сам говорил, что не насилуешь свой мозг. Следовательно, ты разделяешь себя и свой мозг.

— Я не разделяю свой мозг и тело, но все равно мозг дает команды телу. Мозг объясняет мышцам, куда нужно идти.

— Но ты не можешь это контролировать.

— А что такое «ты»?

— Мы снова пришли к фундаментальным вопросам.

— Да, это фундаментальные вопросы, но твои вопросы их требуют. Ответы на них кроются как раз в определении этих понятий.

Нам кажется, что есть «я», что есть память, что есть мозг. На самом деле это все одна система. «Я» — это симптом работы этой системы, память — это свойство этой системы.

Тот факт, что мы воспринимаем какую-то часть мозговой деятельности как «я», и то, что нам кажется, что эта часть работы системы как-то от нее независима, не значит, что она на самом деле от нее независима.

Чем отличаются восприятия мной чего-то от восприятия чего-то моим мозгом?

— Боюсь, сейчас я не смогу на это ответить.

— Ну, вот я тоже. Мне кажется, «я» — это лишь конфигурация мозга.