Мячи в моей гостиной состоят из атомов, поведение которых описывается квантовой механикой, но, когда эти микроскопические атомы собираются и создают макроскопические мячи, возникает новое поведение, которое Ньютон наблюдал и охарактеризовал. Оказывается, его законы не фундаментальны, а эмерджентны. Вот что происходит, когда квантовые сущности объединяются в макроскопические предметы. Это коллективный организационный феномен. Дело в том, что нельзя предсказать законы Ньютона, изучая поведение атомов, и наоборот. Рождаются новые свойства, которыми исходные элементы не обладали. Это определенно ставит палки в колеса сторонникам редукционизма, а также детерминизма. Если помните, следствие детерминизма заключалось в том, что каждое событие, действие и так далее предопределено и может быть предсказано заранее (если известны все параметры). Но даже по известным параметрам атомов никак нельзя предсказать ньютоновские законы для тел. Как невозможно предсказать, какая кристаллическая структура возникнет при замерзании воды в разных условиях.
Таким образом, отчасти из-за теории хаоса, а, пожалуй, даже больше из-за квантовой механики и эмерджентности физики сбегают от детерминизма через черный ход с поджатыми хвостами. В 1961 году на лекции первокурсникам Калифорнийского технологического института Ричард Фейнман открыто заявил: "Да! Физика сдалась. Мы не умеем предсказывать, что произойдет при данных условиях. Мало того, мы уверены, что это невозможно; единственное, что можно предсказать, - это вероятность тех или иных событий. Нужно признать, что мы сильно изменили наши прежние идеалы понимания природы. Возможно, это шаг назад, но пока никто не нашел способа избежать его. <...> Так что в настоящее время мы должны удовлетвориться расчетом вероятностей. Мы говорим ‘в настоящее время’, но очень сильно подозреваем, что останемся в таком положении навсегда - что невозможно разрешить эту загадку - что такова природа на самом деле".
Главный вопрос, витающий над явлением эмерджентности: временна ли эта самая непредсказуемость или нет. То, что мы этого еще не знаем, необязательно означает, что это в принципе непознаваемо. Альберт Эйнштейн думал, что мы считаем события случайными просто по неведению какого-то основного свойства, тогда как Нильс Бор верил, что вероятностные законы непреложны и не поддаются упрощению. Как считает Джеффри Голдстейн, профессор Университета Адельфи, изучающий поведение сложных систем, в некоторых случаях, которые вроде объяснили, проблема заключалась не в эмерджентности - скорее используемый пример не был на самом деле примером эмерджентности. Что же касается странного аттрактора, "математические теоремы подтверждают незыблемую непредсказуемость этого конкретного случая эмерджентности". Однако, как утверждает Марио Бунге, философ и физик из Университета Макгилла, "объясненная эмерджентность - все еще эмерджентность". Даже если один уровень может быть в конечном счете выведен из другого, "обходиться совсем без классических представлений - полнейшая фантазия, поскольку классические свойства, в частности форма, вязкость и температура, настолько же реальны, как квантовые, например спин или несепарабельность. Короче говоря, различие между квантовым уровнем и классическим объективно, это не вопрос способа описания и анализа".
Тем не менее в области нейронаук все еще господствует жесткий детерминизм. Закоренелым приверженцам этого учения трудно принять то, что существует более одного уровня организации, и признать возможность появления радикального новшества, которое сопровождает возникновение более высокого уровня. А почему? Потому что огромный массив данных свидетельствует об автоматической работе мозга и о том, что наш сознательный опыт есть переживание задним числом уже завершившегося. Здесь уместно снова вспомнить, зачем нужен головной мозг. Нейробиологи не имеют обыкновения много об этом размышлять, но мозг - устройство для принятия решений. Он собирает информацию от всевозможных источников, чтобы ежемоментно принимать решения. Информация собирается, обрабатывается, принимается решение, и лишь затем у вас появляется ощущение сознательного опыта. Вы можете поставить небольшой эксперимент на самих себе, показывающий, что осознание возникает постфактум. Дотроньтесь пальцем до своего носа - вы почувствуете касание и носом, и пальцем одновременно. Однако длина нейрона, передающего ощущение от носа в зону обработки в мозге, составляет всего около 7,5 сантиметра, тогда как длина нейрона, проводящего импульсы от руки, примерно метр, а нервные импульсы распространяются с одной и той же скоростью. Два сигнала достигают мозга с разницей во времени несколько сотен (250-500) миллисекунд, но вы не осознаете этого сдвига. Информация от органов чувств собирается и обрабатывается, принимается решение о том, что двух частей тела коснулись одновременно (несмотря на то, что мозг получил соответствующие импульсы не одновременно), и только после этого у вас появляется ощущение сознательного опыта. Осознание требует времени, поэтому оно приходит после того, как работа сделана.
Сознание: слишком поздно и уже бесполезно
Такие временные задержки неоднократно фиксировались за последние двадцать пять лет. Бенджамин Либе, физиолог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, стимулировал мозг пациента, находящегося в сознании в ходе нейрохирургической операции, и обнаружил, что есть задержка во времени между моментом стимуляции участка коры, отвечающего за руку, и моментом, когда пациент осознавал в ней ощущение. В более поздних экспериментах участок мозга, вовлеченный в инициирование определенного действия (нажатия кнопки), активизировался примерно за 500 миллисекунд до самого действия, что вполне логично. Удивительным было то, что активность мозга, связанная с действием, усиливалась на целых 300 миллисекунд раньше сознательного намерения совершить это действие, судя по заявлениям испытуемых. Такую электрическую активность мозга, предшествовавшую осознанному решению, назвали bereitschaftspotential или, проще, потенциалом готовности.
Со времени первых опытов Либе, как и предсказывали психологи до него, методы исследования стали куда более продвинутыми. Благодаря функциональной магнитно-резонансной томографии мы больше не думаем о мозге как о статической системе, но как о динамической, непрерывно меняющейся системе, которая все время в действии. В 2008 году Джон-Дилан Хейнс с коллегами с помощью подобных методик продолжил эксперименты Либе и показал, что следствие возникновения намерения может проявиться в активности мозга вплоть до десяти секунд прежде, чем намерение достигнет сознания! Мозг совершил действие до того, как его владелец это осознал. И это еще не все - глядя на изображение, полученное при томографии, ученые могли предсказать, что человек собирается сделать. Выводы отсюда вытекают довольно шокирующие. Если действия инициируются бессознательно, до того как мы вообще понимаем, что хотим их совершить, значит, сознание не играет причинной роли для воли: сознательная воля, представление о том, что вы желаете, чтобы какое-то действие совершилось, - иллюзия. Но правильно ли так об этом думать? У меня складывается впечатление, что нет.
Закоренелые детерминисты: каторжники, скованные цепью причинности
Закоренелые детерминисты в нейронауке выстраивают то, что я называю утверждением о цепи причинности: (1) мозг, будучи физическим объектом, порождает разум; (2) физический мир детерминирован, поэтому наш мозг тоже должен быть детерминированным; (3) если детерминированный мозг - необходимый и достаточный орган, порождающий разум, нам остается лишь заключить, что мысли, возникающие в нашем уме, также детерминированы; (4) следовательно, свободная воля - иллюзия и мы должны пересмотреть представления о том, что означает нести личную ответственность за свои действия. Иначе говоря, концепция свободной воли лишена смысла - она появилась до того, как мы узнали все это о работе мозга, а теперь нам следует от нее избавиться.
С первым положением не станет спорить ни один нейробиолог: каким-то непонятным образом мозг - физическая сущность - порождает разум. Однако второе утверждение оказалось слабым звеном и подвергается критике: многие физики больше не уверены, что материальный мир предсказуемо детерминирован, потому что нелинейная математика сложных систем не позволяет делать точные предсказания об их будущих состояниях. Значит, третье положение (что наши мысли детерминированы) имеет под собой шаткое основание. Хотя некоторые нейробиологи верят, что специфические паттерны возбуждения нейронов вызывают конкретные, предопределенные, мысли и что это можно доказать, никто понятия не имеет, какими должны быть детерминистские правила для нервной системы в действии. Думаю, мы столкнулись с той же головоломкой, что и физики, полагавшие законы Ньютона универсальными. Законы не универсальны: все зависит от того, какой уровень организации описывается, и при возникновении более высоких уровней начинают работать новые правила. Квантовая механика - это правила для атомов, ньютоновские законы - правила для предметов, и с помощью одних нельзя полностью предсказать другие. Так что весь вопрос в том, можем ли мы использовать наши знания о нейрофизиологическом микроуровне (нейронах и нейромедиаторах) и предложить детерминистскую модель, чтобы предсказывать осознанные мысли - результаты деятельности мозга, то есть психологию. Или, что еще сложнее, прогнозировать результаты взаимодействия мозга трех человек. Можем ли мы вывести историю макроуровня из истории микроуровня? Вряд ли.
Я не думаю, что сторонники теории состояний мозга, те нейроредукционисты, которые постановили, что каждое психическое состояние соответствует некоему пока еще не открытому состоянию нейронов, смогут это когда-нибудь продемонстрировать. Я считаю, что сознательная мысль - эмерджентное свойство. Это не объяснение, а просто признание его реальности или уровня абстракции, как при взаимодействии "софта" и "железа": разум - в какой-то степени независимое свойство мозга, хотя при этом полностью от него зависит. Я сомневаюсь, что построить полную модель ментальной функции методом "снизу вверх" возможно. Одно ракообразное и один биолог уже поставили всех в тупик.
Задача про омара
Ева Мардер изучала простую нервную систему и соответствующую моторную активность кишечника у североатлантического омара. Она выделила всю нейронную сеть, включая каждую клетку и синапс, и занялась моделированием динамики синапсов до уровня эффектов нейромедиаторов. С точки зрения детерминистов, зная и учитывая всю эту информацию, она должна была бы собрать все кусочки мозаики воедино и в результате описать, как функционирует кишечник ракообразного. Для этой простой, небольшой нервной системы ее лаборатория симулировала более 20 миллионов возможных комбинаций сил синапсов и свойств нейронов. Выяснилось, что около 1-2% комбинаций могут привести к подходящей динамике, которая соответствует моторной активности, наблюдаемой в природе. Процент небольшой, однако дает тем не менее от 100 до 200 тысяч разных вариантов, которые порождают абсолютно одинаковое поведение в каждый момент времени (а ведь это очень простая система с небольшим числом компонентов)! Философское понятие множественной реализуемости - представление о том, что есть много способов, которыми система может порождать одно и то же поведение, - прекрасно применимо к нервной системе.
Колоссальное разнообразие конфигураций сети, которые способны породить идентичное поведение, заставляет задуматься, можно ли вообще выяснить при анализе единичного случая с помощью молекулярных методов, каким образом возникает данное поведение. Это основательная проблема для редукционистов от нейробиологии, поскольку она показывает, что анализ нервных сетей позволяет понять, как что-то может работать, но не как работает в действительности. По-видимому, чрезвычайно трудно будет дать конкретное нейробиологическое толкование определенному поведению. Исследование Мардер воспринимается почти как подтверждение идеи эмерджентности - изучая нейроны, мы не достигнем нужного уровня объяснения. Существует слишком много различных состояний, которые приводят к одному и тому же результату. Должны ли нейробиологи впасть в отчаяние?
Джон Дойл так не считает и думает, что вообще нет необходимости в такого рода разговорах. Он обращает наше внимание на то, что при рассмотрении множества компонентов чего угодно по мере роста их числа и совокупности параметров сети количество возможных схем растет быстрее, чем по экспоненте. При этом происходит не такой бурный, но все же экспоненциальный рост числа функциональных схем. Важно отметить, что функциональный набор есть экспоненциально убывающая доля всех схем. Таким образом, даже несмотря на то, что число возможных комбинаций огромно, фактическое количество функциональных комбинаций - лишь малая часть этого громадного числа.
Что ж, именно это и обнаружила Ева Мардер со своими коллегами, и подобная закономерность властвует не только над омарами. Дойл приводит пример: "...в английском языке огромное количество слов - больше чем 10 штук. Но возьмите слово organized. <.. .> В нем 9 разных букв, так что существует 362,880 способов расположить их на девяти местах, но только в одном случае мы получим функциональное английское слово. Поэтому крайне маловероятно, что длинная случайная последовательность букв (скажем, roaginezd) окажется настоящим словом, хотя слов-то очень много". Дойл считает, это и хорошо, поскольку согласуется с представлением о мозге как о многоуровневой системе. Быть многоуровневым выгодно. Это связано с понятием устойчивости: уровень ниже создает очень прочную, но при этом гибкую платформу для возникающего более высокого уровня.
Работа Мардер вскрыла важную проблему для специалистов по нейронаукам. Задача состоит в том, чтобы глубже понять, как разные уровни мозга взаимодействуют, более того - как даже думать об этом, как разработать концепции и язык для описания этих взаимозависимых отношений. Такой подход даст возможность не только раскрыть тайну истинного значения понятий вроде эмерджентности, но и разобраться, как все-таки разные уровни сообщаются друг с другом.
Даже если мы предположим, что третье утверждение из приведенных выше (мысли, порождаемые нашим мозгом, детерминированы) истинно, остается еще четвертое положение об иллюзорной природе свободы воли. Забудем пока про длительную историю компатибилизма, учения о том, что люди до некоторой степени свободны выбирать убеждения в детерминированной вселенной. Что тогда в действительности означает говорить о свободе воли? "Ну, мы хотим быть свободными и самостоятельно принимать решения". Да, но от чего мы хотим быть свободными? Мы не хотим быть свободными от нашего жизненного опыта, он нужен нам для принятия решений. Мы не хотим освободиться от нашего темперамента, потому что он тоже определяет наши решения. Мы, вообще говоря, не хотим быть свободными и от причинности, поскольку используем ее для предсказаний. Едва ли принимающий игрок, когда пытается поймать мяч и уворачивается от противников, хочет освободиться от бесчисленных автоматических подстроек, которые осуществляет его тело для поддержания нужной скорости и траектории движения. Мы не хотим быть свободными от нашего успешно эволюционировавшего устройства для принятия решений. От чего же мы хотим быть свободными? Эта тема привлекает немало внимания, как вы прекрасно знаете. Однако я предлагаю взглянуть на все в ином свете.
Вы никогда не предскажете танго, лишь изучая нейроны
В буквальном смысле тысячи лет философы и почти все остальные люди спорили о разуме и теле - единое ли они целое или две сущности. Вера в то, что человек - больше чем просто тело, что в нем есть некая субстанция, душа или ум (что бы это ни было), которая делает вас вами или меня мной, называется дуализмом. Декарт, вероятно, наиболее известен своими дуалистическими взглядами. Идея, что мы обладаем сущностью помимо нашей физической личности, для нас естественна: нам показалось бы странным, если бы человек прибегнул к описанию чисто физических свойств, чтобы охарактеризовать кого-нибудь. Так, моя знакомая, которая недавно встретила Сандру Дэй О’Коннор, судью Верховного суда в отставке, не описывала мне ее рост, цвет волос или возраст, но сказала: "Она отважная и за словом в карман не полезет". Она описала психическую сущность судьи. Хотя в сфере наук о мозге дуализм был вытеснен детерминизмом, последнего недостаточно, чтобы объяснить поведение или наше чувство личной ответственности и свободы.