Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

Для придирчивой и вдумчивой проверки положений коннекционизма мы должны подвергнуть их эмпирическому исследованию. Нейробиологи уже больше столетия пытаются как-то подступиться к этой задаче, но пока, в сущ ности, даже не начали ее решать. Проблема в том, что главный объект этой доктрины – собственно коннектом – пока остается ненаблюдаемым. Сейчас еще трудно или даже порой невозможно изучать связи между нейронами. До сего времени методы нейроанатомии применялись для решения более примитивной задачи – построения карты связей между различными участками мозга.

Да, мы постепенно приближаемся к цели, но скорость этого движения нужно резко увеличить. Потребовался десяток лет, чтобы найти коннектом червя C. elegans, а отыскать коннектомы в мозгу, больше похожем на наш с вами, конечно же, куда труднее. В следующей части книги я расскажу о передовых технологиях, которые разрабатываются для поиска коннектомов, и о том, как они будут применяться в новой науке – коннектомике.

Часть четвертая

Коннектомика

Глава 8

Видеть – значит верить

Обоняние дразнит аппетит, слух помогает спасти отношения с партнером, а зрение – это вера. Органы чувств говорят нам, что реально, а что нет, и в этом мы больше всего полагаемся именно на глаза. Что это – биологическая случайность, просто попутный результат эволюции наших органов чувств и мозга? Если бы собака могла делиться с нами своими мыслями не только лая или помахивая хвостом, она бы, возможно, заявила: «Нюхать – значит верить». А когда летучая мышь завтракает насекомым, поймав его во мраке благодаря эху его ультразвуковых поскрипываний, она наверняка думает: «Слышать – значит верить». Так или нет?

А может быть, то предпочтение, которое мы отдаем зрению, коренится не в биологии, а глубже, в законах физики? Прямые линии лучей, должным образом преломленные хрусталиком глаза, передают пространственные взаимоотношения между частями воспринимаемого объекта. К тому же в зрительных образах содержится столько информации, что ими не так-то просто манипулировать, к примеру, для создания фальшивок. (Во всяком случае, так было до эпохи компьютеров.)

Как бы там ни было, зрение всегда играло центральную роль в наших верованиях и убеждениях. В житиях многих христианских святых описывается, как божественные видения (апокалиптические или вполне мирные) нередко обращали язычников в верующих. В отличие от религии наука должна применять методы, основанные на четких формулировках и эмпирической проверке гипотез. Но и науку могут подталкивать вперед визуальные откровения – внезапные и простые картины чего-то удивительного. Иногда научный поиск сводится к тому, чтобы суметь увидеть.

В этой главе я расскажу об инструментах, которые создали нейробиологи, чтобы приподнять покров скрытой реальности. Возможно, это покажется вам ненужным отступлением от нашей главной темы – мозга. Но я надеюсь убедить вас в обратном. Военные историки смакуют хитроумные тактические ходы, придуманные гениальными полководцами, однако в исторической перспективе понятно, что куда важнее в военном деле оказываются технические новшества. Изобретение огнестрельного оружия, истребителя и атомной бомбы – все это каждый раз полностью меняло лицо войны.

Вот и историки науки превозносят великих ученых и их революционные открытия, при этом гораздо меньше славят создателей научных приборов, хотя влияние этих изобретений на развитие знания порой бывает не менее существенным. Многие из важнейших научных открытий явились прямым следствием таких изобретений. Так, в XVII веке Галилео Галилей усовершенствовал телескоп, сделав увеличение из трехкратного тридцатикратным. Наведя это оптическое устройство на Юпитер, он обнаружил вращающиеся вокруг него спутники, что перевернуло традиционные представления, согласно которым все небесные тела вращаются вокруг Земли.

В 1912 году физик Уильям Лоренс Брэгг продемонстрировал, как применять рентгеновские лучи для того, чтобы определять положение атомов в кристаллической решетке, а три года спустя, в двадцатипятилетнем возрасте, он получил за свою работу Нобелевскую премию[13]. Позже именно рентгеновская кристаллография позволила Розалинд Франклин, Джеймсу Уотсону и Фрэнсису Крику открыть структуру ДНК, знаменитую двойную спираль.

Слышали анекдот про двух экономистов, идущих по улице? «Гляди-ка, вон на тротуаре валяется двадцатка!» – восклицает один. «Не будь дураком, – отвечает другой, – если бы там и правда лежали двадцать баксов, кто-нибудь давно бы их подобрал». Эта шутка обыгрывает так называемую гипотезу эффективности рынка (ГЭР), довольно спорную систему взглядов, согласно которой не существует справедливого и надежного метода инвестирования, который позволил бы получить прибыль выше среднерыночной. (Не отвлекайтесь, вы скоро увидите связь с нашей темой.) Разумеется, существуют ненадежные способы превысить среднерыночную прибыль. Углядев в новостях материал о какой-то компании, можно накупить ее акций и потом радоваться, когда они пойдут вверх. Но вероятность этого – не выше, чем вероятность под утро уйти из ласвегасского казино с выигрышем. А еще есть нечестные способы обогнать рынок. Скажем, если вы работаете в фармацевтической фирме, не исключено, что вы первым узнаете: такое-то лекарство успешно прошло клинические испытания. Но если вы купите акции своей компании на основе таких недоступных широкой публике сведений, вас могут привлечь к суду по обвинению в корыстном использовании инсайдерской информации.

Ни те, ни другие методы не подходят под критерии ГЭР, подразумевающие справедливость и надежность. Можно предположить даже, что таких методов вовсе не существует. Профессиональные инвесторы ненавидят такие заявления, предпочитая думать, что они преуспевают благодаря собственной сметливости. Но ГЭР уверяет: либо им повезло, либо они, скажем уж прямо, оказались не очень-то чистоплотны в делах.

Эмпирические доводы за и против ГЭР многообразны и сложны, но ее теоретическое обоснование достаточно просто. Если новая информация указывает на то, что акции поднимутся в цене, то первые же инвесторы, узнавшие эти сведения, волей-неволей создадут на рынке ситуацию, когда эти акции будут продаваться дороже. А следовательно, заключает ГЭР, на рынке попросту не останется выгодных инвестиционных возможностей, точно так же, как вы никогда (ну, почти никогда) не увидите двадцатидолларовую бумажку, спокойно валяющуюся на тротуаре.

При чем же тут нейронаука? Вот вам еще один анекдот. «Слушай, я тут придумал гениальный эксперимент!» – говорит один ученый другому. «Не будь идиотом, – отвечает тот. – Если бы такой эксперимент можно было провести, кто-нибудь уже давно бы это сделал». В этом диалоге есть доля истины. Научный мир полон умных и трудолюбивых людей. Гениальные эксперименты, как и двадцатидолларовые банкноты, на дороге не валяются. Вокруг рыщет масса ученых, и почти все из возможных гениальных экспериментов уже проведены. Я даже готов предложить гипотезу эффективности науки (ГЭН): не существует справедливого и надежного научного метода, который позволил бы превзойти средние результаты в науке.

Как же ученым удается совершать по-настоящему великие открытия? Александр Флеминг открыл пенициллин (и дал ему название) после того, как обнаружил, что одна из бактериальных культур в его лаборатории случайно оказалась зараженной плесневым грибком, вырабатывающим этот антибиотик. Революционные прорывы такого рода – во многом плод счастливого стечения обстоятельств. Если вы ищете более надежный метод, поищите в области «нечестного». И тут вам помогут технологии наблюдения и измерения.

Прослышав, что в Голландии изобрели телескоп, Галилей быстренько смастерил собственный. Он экспериментировал с различными линзами, научился самостоятельно шлифовать стекло и в конце концов стал конструировать лучшие телескопы в тогдашнем мире. Эта деятельность позволила ему занять уникальное положение, благодаря которому он мог совершать астрономические открытия эффективнее, чем коллеги: ведь у него появилась возможность изучать небосвод с помощью прибора, которого у них не было. Если вы – ученый, покупающий необходимые для работы приборы, вы можете обойти своих конкурентов, добиваясь большего финансирования, чем они. Но еще сильнее вы их обгоните, если сами сконструируете прибор, который не купить ни за какие деньги.

Допустим, вы придумали гениальный эксперимент. Как узнать, осуществил его уже кто-нибудь или нет? Справьтесь в литературе. Если никто его не делал, лучше хорошенько подумать, отчего это так. Может быть, это не такая уж и гениальная идея. А может быть, его не проводили лишь потому, что тогда не существовало нужных технологий. И если вам посчастливится получить доступ к соответствующей аппаратуре, то вы, быть может, сумеете провести этот эксперимент первым в истории.