Многие – от нейробиологов и философов до анестезиологов – заявляли, что понимают природу сознания. А что же физики? Да и понимает ли кто-нибудь вообще, если откровенно?
Время от времени учёные пытаются откусить больше, чем могут прожевать. Мы обычно используем эту фразу, когда кто-то берётся за непосильную задачу, не имея достаточных ресурсов. То же самое ограничение применимо и ко многим научным проблемам.
Хотя фундаментальные законы, частицы и взаимодействия Вселенной известны нам с поразительной точностью (до определённого предела, конечно), огромное многообразие сложных, составных структур, возникающих из этих базовых «кирпичиков» реальности, часто приобретает свойства, которые появляются далеко не очевидным образом.
Иногда, моделируя системы многих тел и задавая правильные граничные условия, мы действительно можем вывести макроскопически наблюдаемые свойства из этих фундаментальных правил. Цвет натриевой лампы – один из таких примеров, успешная передача радиочастотных сигналов по коаксиальному кабелю – другой.
Однако в других случаях правила оказываются гораздо сложнее, и мы можем лишь констатировать, что что-то происходит (или должно происходить), но у нас нет полного понимания, как именно это случается. Пожалуй, ни одна загадка из этой категории не окутана большей тайной, чем природа сознания: то, чем люди определённо обладают, но что могут описать лишь субъективно.
Что на самом деле значит быть сознательным? Откуда берётся сознание? Являются ли люди единственным сознательным видом, или другие животные, неживотные формы жизни или даже неодушевлённые предметы тоже обладают некой формой сознания? Хотя многие высказывали мнения и выдвигали гипотезы на этот счёт, вопрос остаётся открытым. Давайте разберёмся, что физика — самая фундаментальная из всех наук — может сказать о сознании.
В основе всего лежат две фундаментальные идеи:
- Убеждение, что мы живём в материальной реальности, и всё существующее в ней можно описать через её составные части, существующие в пространстве и времени.
- Предположение, что любое явление – включая сознание – можно строго определить и подвергнуть экспериментальной, наблюдательной или измерительной проверке.
С точки зрения физика, это не подлежащие обсуждению отправные точки для попытки физического понимания любого явления во Вселенной.
Однако, когда речь заходит о сознании, многие из рассуждающих на эту тему не считают себя связанными упомянутыми ограничениями. Например, есть те, кто вместо предположения о «материальной реальности» — предположения, которое подтверждалось снова и снова, когда мы могли подвергнуть реальность критической проверке, — утверждают, что именно разум, некий разумоподобный аспект или какая-то нечётко определённая форма сознания является истинно фундаментальной и вездесущей чертой реальности.
Эта идея, известная как панпсихизм, очень стара в философских кругах, но сопряжена с двойной проблемой: она непроверяема и неопровержима. Поскольку все наши проверки реальности основаны на изучении объектов, измеримых в самой реальности, панпсихизм навсегда остаётся за пределами научной проверяемости и, следовательно, не представляет интереса для физиков, придерживающихся доказательного мировоззрения.
Важно отметить, что материалистический взгляд на реальность не просто утверждает, что «реальность – это не более чем сумма её частей». Следует помнить, что с физической точки зрения даже очень простой набор фундаментальных «ингредиентов», подчиняющийся нескольким простым правилам, может быстро породить огромное количество чрезвычайно сложных результатов. Многие из них демонстрируют эмерджентные (возникающие) свойства, которые не «закодированы» очевидным, тривиальным образом в лежащих в основе правилах и компонентах.
Например, если взять все кварки из Стандартной модели физики частиц и просто оставить их в ограниченном пространстве, они быстро свяжутся в огромное множество составных структур (барионов), которые затем стремительно распадутся на другие, менее массивные частицы. Всего через микросекунду единственными оставшимися частицами, содержащими кварки, будут протоны и нейтроны.
Аналогично, если взять только протоны и нейтроны и попытаться соединить их в любую мыслимую конфигурацию, вы обнаружите сотни стабильных (или квазистабильных, то есть стабильных на протяжении космологически долгих промежутков времени) конфигураций: элементы и изотопы периодической таблицы. Именно из этих комбинаций фундаментально возникает вся химия и биология, и всё это — лишь из нескольких фундаментальных правил и типов исходных «ингредиентов».
Что касается людей, материальная реальность нашего состава хорошо изучена на протяжении веков. Мы знаем, что на атомарном уровне мы состоим примерно из ~10^28 атомов. Наиболее распространёнными по массе атомными видами являются кислород, углерод и водород, со значительным количеством азота, кальция и фосфора, за которыми следуют меньшие количества калия, серы, натрия, хлора и магния. Другие элементы, присутствующие в меньших количествах, также играют важную биологическую роль, например: железо, фтор, цинк, медь, литий и даже ванадий, который является наименее распространённым элементом в организме (всего 110 нанограммов у среднего человека), имеющим известную биологическую функцию.
Эти атомы сконфигурированы в разнообразные молекулы, которые распределены по триллионам клеток в организме. Клетки, в свою очередь, организованы в органы — крупные скопления клеток, обладающие специфическими структурами и выполняющие определённые жизненно важные биологические функции, — а эти органы в совокупности составляют полноценного человека. В контексте сознания особое значение имеет нервная система организма, включая человеческий мозг. Для большинства из нас предположение, что «конечно же, сознание возникает в мозге», кажется настолько очевидным, что редко подвергается сомнению. Если это так, то для изучения человеческого сознания у нас нет другого выбора, кроме как изучать человеческий мозг.
Тогда возникает вопрос: как именно мозг порождает сознание и какие механизмы при этом задействованы? Начнём с того, что о структуре мозга мы можем говорить с определённой уверенностью. Человеческий мозг в основном состоит из двух классов клеток:
- нейроны, передающие электрические и химические сигналы,
- и глиальные клетки, которые определяются тем, что не производят электрических импульсов и, как считается, служат поддерживающей основой для нейронов.
Почти все дискуссии о сознании сосредоточены на нейронах и игнорируют глиальные клетки. На первый взгляд, это логично, поскольку можно легко утверждать, что единственное различие между живым человеком (обладающим сознанием) и умершим (уже не обладающим) — это наличие этих электрических нейронных импульсов. Уберите их, и сознание перестанет существовать.
Но глиальные клетки всё же могут играть жизненно важную, хоть и плохо изученную, роль в существовании сознания. Известно, что глиальные клетки бывают четырёх разных типов: эпендимные клетки, астроциты, микроглия и олигодендроциты. Каждый тип глиальных клеток выполняет ряд функций: эпендима производит спинномозговую жидкость и способствует нейрорегенерации; астроглия биохимически контролирует клетки гематоэнцефалического барьера и снабжает нейроны питательными веществами; микроглия выполняет иммунные функции, а также поддерживает нормальные функции мозга; олигодендроглия поддерживает и изолирует аксоны нейронов.
Кроме того, мозг содержит кровеносные сосуды, соли, имеет дифференцированный состав (серое и белое вещество) и покрыт тремя различными типами мозговых оболочек: твёрдой, паутинной и мягкой.
Чаще всего, рассуждая о сознании, люди исходят из того, что оно:
- возникает в мозге,
- управляется нейронной активностью, а все остальные клетки служат лишь «поддержкой»,
- определённо присутствует у людей (но не обязательно у других живых существ),
- и связано с нашими самыми сложными, абстрактными мыслями на высшем уровне.
Именно в этих рамках часто и проводятся исследования сознания. Обычно делают МРТ-исследования, пока люди находятся в различных состояниях — трезвые или опьянённые, спокойные или возбуждённые, бодрствующие или спящие, в фазе быстрого или медленного сна, в состоянии формирования долговременных воспоминаний или нет, и так далее. При этом измеряются различные типы мозговой активности, которые присутствуют или отсутствуют, в попытке изучить, как возбуждение нейронов в мозге соотносится с различными состояниями, испытываемыми человеком.
Но эти эксперименты, хотя и являются важной частью исследований работы человеческого мозга, предполагают, что сознание управляется исключительно классической, электрической активностью в человеческом мозге. Такое возможно, но это далеко не единственный вариант.
В живых организмах, включая мозг, выполняется множество функций, которые зависят не только от сигналов (электрических и химических), подчиняющихся исключительно классической физике, но которые либо предполагают, либо даже требуют своего рода квантового взаимодействия. Некоторые животные могут ориентироваться по магнитному полю Земли, используя чисто квантовые процессы, такие как магниторецепция.
Была показана математическая эквивалентность между классической физикой реакций мозга и вероятностными волновыми уравнениями квантовой механики. Квантовая механика играет важную роль в фотосинтезе, а большие сети триптофана, обнаруженные в субэлементах нейронов (а также в других местах), демонстрируют явление квантового сверхизлучения.
Одна из гипотез о сознании предполагает, что оно возникает не из электрохимических импульсов и нейронных связей, а из квантовой запутанности между микроскопическими клеточными структурами, известными как микротрубочки. Поскольку нейроны содержат эти микротрубочки, и эти микротрубочки контролируют ряд функций — движение, рост и форму клеток, — возможно, именно они являются местом квантовой обработки информации, фундаментальной для сознания.
Эксперимент, проведённый на микротрубочках, показал, что вызванные лазером возбуждения распространялись внутри них на большие расстояния у бодрствующих пациентов, но не у пациентов под анестезией. Однако почти никто не определяет «сознание» как противоположность «бессознательному состоянию» (за исключением, возможно, анестезиологов), и поэтому эта гипотеза остаётся на периферии науки.
Но стоит задуматься: как мы вообще можем определить, что такое «сознание»? Многие дают ему определение, схожее с критерием судьи Верховного суда США Поттера Стюарта для распознания порнографического контента: «Я узнаю его, когда вижу». Однако, это во многом произвольное определение, а общепринятого определения сознания до сих пор нет.
Все ли люди обладают сознанием? Включая новорожденных, спящих, развивающихся в утробе?
Обладают ли сознанием животные, кроме человека? Многие животные, имеющие мозг, от собак и кошек до лошадей и птиц, демонстрируют ярко выраженные индивидуальные предпочтения и поведенческие особенности — то, что можно личностью, — и подобные наблюдения подтверждены научными исследованиями. Является ли наличие мозга достаточным и необходимым условием для обретения сознания?
Проявляют ли сознание живые организмы без мозга? Простое субъективное осознание, или способность организма в целом действовать как единая структура, предпринимающая действия по самозащите и самосохранению, особенно в ответ на различные стимулы в окружающей среде, может быть достаточным, как предполагают многие.
Это очень сложная проблема: проблема общепринятого определения того, что такое сознание. Прежде чем мы сможем перейти к таким вопросам, как «Является ли сознание квантовым по своей природе?», мы должны хотя бы суметь ответить на пока ещё безответный вопрос: «Что вообще такое сознание?»
Может показаться, что это научные вопросы, поскольку, безусловно, существуют научные идеи и гипотезы о сознании, а также ряд проведённых и задокументированных научных экспериментов, затрагивающих многие из этих (и других сопутствующих) проблем.
Но сознание, без согласованного, надёжного определения, вряд ли можно считать продвинувшимся до такой степени, чтобы мы могли изучать его научно. Подобно химии 400 лет назад, физике 1000 лет назад или астрономии 5000 лет назад, исследования сознания сегодня – это пример самых истоков науки: науки в зачаточном состоянии, или науки, которая ещё не вышла за рамки спекуляций или философии.
Фактически, самое убедительное определение сознания, которое я когда-либо слышал, пришло не от учёного какого-либо направления, а от недавно ушедшего из жизни философа Дэниела Деннетта. Он просто предположил, что сознание – это способность понимать, что «Я – это я» или иным образом обладать внутренним представлением о том, что мы называем «собственным я».
Люди явно преодолели этот порог и обладают сознанием; собаки тоже, ведь если у вас две собаки и вы позовёте одну из них по имени, та собака, чьё имя вы назвали, отреагирует иначе, чем та, чьё имя вы не назвали. Вместо того чтобы быть свойством, присущим исключительно людям и человеческому мозгу, сознание может быть просто физическим проявлением эмерджентного свойства, связанного с любой формой самой жизни.
Главный вывод из всего этого: если вы слышите заявление, претендующее на объяснение сознания, стоит задать себе несколько критически важных вопросов.
- Какое определение сознания используется, и как его можно проверить, хотя бы качественно?
- С точки зрения объяснительной силы, любая теория сознания должна делать проверяемые предсказания, которые, если эксперимент, измерение и наблюдение их не подтвердят, опровергнут эту теорию. Каковы, следовательно, проверяемые предсказания этой теории?
- И, пожалуй, самое важное: может ли это объяснение детализировать, как то, что мы воспринимаем как сознание, возникает из чисто физических сущностей, не прибегая к каким-либо мистическим качествам, существующим вне нашей физической реальности?
Если заявление не даёт чёткого ответа ни на один из этих трёх типов вопросов, то то, с чем вы столкнулись, — это не объяснение сознания; это всего лишь не до конца проработанный зародыш идеи. Безусловно, существует множество нефизикалистских теорий сознания, но ни одна из них не является «теорией» в научном смысле; лишь в неформальном, идейном смысле.
Если мы хотим понять, как ведёт себя нечто, наблюдаемое нами в нашей физической реальности, у этого должна быть физическая основа: будь то фундаментальная, эмерджентная или их комбинация. В настоящее время остаётся много необъяснённого, и сознание — одно из таких явлений. Однако это не даёт мне повода для отчаяния; это просто напоминает мне слова моего профессора по дифференциальным уравнениям, сказанные нашему курсу в колледже:
«Большинство существующих дифференциальных уравнений не могут быть решены. А большинство из тех, что могут быть решены, не могут быть решены вами».
Сознание – очень сложная загадка: её трудно даже определить, не говоря уже о том, чтобы решить. Но это такая же часть нашей физической реальности, как и всё остальное, с чем мы взаимодействуем, и любой подход, утверждающий обратное, имеет фатальный недостаток с самого начала: он уже отказался от науки.
Итан Сигел — доктор наук, астрофизик.
Читайте также: Чужой разум среди нас: революционный взгляд Майкла Левина на интеллект и сознание
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.