Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Хотя в мозге 80 миллиардов нейронов, количество их типов и количество правил пластичности не так велико, и они доступны для понимания. Создание искусственной версии каждого типа нейрона — в виде физического устройства вроде микросхемы или же в виде подпрограммы — выполнимая задача. В любом случае эти искусственные нейроны смогут получать определенные последовательности входящих сигналов через искусственные синапсы и генерировать соответствующие исходящие последовательности. Если каждый искусственный нейрон будет генерировать верную исходящую последовательность в ответ на любую входящую, которая могла бы поступить на его реальный прототип, то мы получим необходимые компоненты для построения искусственного мозга.

Схема соединений в каждом мозге чрезвычайно сложна, и поэтому легко заявить, что ее невозможно понять даже при небольшом разнообразии типов нейронов. И все же есть основания полагать, что с этой сложностью можно справиться. Связи между нейронами не случайны: они подчиняются правилам, которые можно расшифровать. Например, в области мозга, которая называется корой мозжечка, нейроны одного типа, клетки Гольджи, с помощью синапсов связаны с многочисленными аксонами мшистых волокон и с аксонами гранулярных клеток. Как оказалось, клетки Гольджи с помощью своих аксонов также могут связываться с соседними клетками Гольджи и вызывать их торможение (это взаимный процесс: соседние клетки тоже их затормаживают). Обладая этой информацией, мы можем создать клетки Гольджи искусственного мозга.

Создание мозга как такового существенно отличается от создания мозга конкретного человека. Если мы хотим получить копию мозга того или иного человека, нам необходимо знать все специфические связи в нем. Ваши специфические связи отличаются от моих — именно поэтому мы ведем себя по-разному, у нас разные реакции и склонности, а главное, у нас разная память. Но связи в вашем и моем мозге формировались — на протяжении всей жизни, начиная с утробы матери — по одним и тем же правилам, хотя и под влиянием личного опыта. Если бы мы решили создать копию вашего или моего мозга, нам понадобилась бы карта всех сотен триллионов специфических связей с указанием их свойств, а также способность все это воспроизвести. Если же мы просто хотим получить копию человеческого мозга вообще, с его собственными реакциями и склонностями, достаточно лишь следовать основным правилам выстраивания связей.

Те же аргументы справедливы в отношении синаптической пластичности и памяти. Если мы хотим воспроизвести мозг конкретного человека с его памятью, нам нужно знать не только все специфические связи, но и силу каждой из них. Если же мы преследуем цель создать еще одного «человека», у которого со временем сформируются собственные воспоминания и личность, то достаточно лишь встроить правила пластичности в каждый синапс. Это проще, чем получить специфическую информацию для каждого из синапсов, которая необходима для создания искусственной версии конкретного человека (в тот или иной момент его жизни).

Даже осознав, что необычайно сложную работу мозга можно разбить на ряд поддающихся решению задач, нелегко представить, как связать все это с поведением, познанием, эмоциями и памятью. На этом этапе нам помогут мысленные эксперименты. Они называются мысленными, поскольку мы не в состоянии провести их в реальности — из-за неосуществимости, дороговизны или чего-то еще. Но сам процесс, когда мы воображаем эти эксперименты и их результат, может быть чрезвычайно познавательным. Эйнштейн использовал мысленные эксперименты с путешествием на световом луче для обдумывания идей, которые легли в основу специальной теории относительности. К счастью, нам не обязательно быть Эйнштейнами, чтобы прибегать к мысленным экспериментам для понимания того, как работает мозг.

Начнем с самого простого. Рассмотрим такой базовый рефлекс, как моргание — реакцию на прикосновение к коже вблизи глаза. Прикосновение возбуждает сенсорные нейроны, окончания которых находятся в коже, а аксоны тянутся в спинной мозг, где через возбуждающие синапсы активируют другие нейроны. Эти нейроны, в свою очередь, возбуждают нейроны другого типа, получившие название моторных, которые передают сигналы в мышцы века, вызывая рефлекторное моргание. Представим, что у нас есть техническая возможность изготовить искусственные устройства, достаточно маленькие, чтобы заменить нейроны, участвующие в этом рефлексе. После такой замены рефлекс будет работать точно так же, как с настоящими нейронами: прикосновение к коже вызовет рефлекторное моргание, неотличимое от обычного.