Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем - Николелис Мигель

Как понятие времени было создано мозгом, так и создание представления о пространстве тоже можно приписать Истинному творцу всего. Говоря попросту, наше ощущение пространства – не что иное, как умозаключение мозга о том, что находится между предметами, которые мы идентифицируем и отделяем от фона в окружающем нас мире. В этом смысле нейрофизиологические механизмы формирования понятия пространства очень близки к тем, которые дают нашему мозгу способность собирать разнообразные сенсорные стимулы (тактильные, проприоцептивные, зрительные и т. д.) для создания ощущения самих себя и живого опыта нахождения в собственном теле, отделенном от окружающего мира.

Позвольте привести простой пример, который помогает выдвинуть гипотезу о том, каким образом человеческий мозг создает наше общее представление о пространстве. Пока я пишу эти строки, с помощью периферического зрения я вижу стоящий на столе стакан воды. Благодаря прорывным исследованиям, проведенным Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом в 1908–1913 годах в лаборатории новозеландского физика и лауреата Нобелевской премии Эрнеста Резерфорда в Университете Манчестера, мы знаем, что атомы в составе стекла и воды, которые я воспринимаю в виде раздельных и непрерывных сущностей, на самом деле образованы из крохотных тяжелых ядер, электронного облака и огромного количества пустого пространства. Это означает, что большая часть объема, занимаемого атомом, фактически не занята ничем. Классические эксперименты Гейгера – Марсдена выявили эту основополагающую структуру атомов, продемонстрировав, что при бомбардировке очень тонкой золотой фольги пучком альфа-частиц (ядер гелия, образованных двумя протонами и двумя нейтронами) большинство частиц проходят сквозь металл. Однако вы, я, а также все люди на Земле и все другие земные животные чувствуют, что стекло и вода занимают во внешнем мире определенное непрерывное трехмерное пространство. Когда мы смотрим на них, как я сейчас, мы не видим никаких признаков пустоты; мы видим лишь сплошную структуру, несмотря на гигантские пустоты в их строении на атомном уровне.

В рамках релятивистской теории мозга то, что мы называем пространством, по сути, является продуктом активности нашего мозга – ментальной абстракцией, созданной сетями нейронов, чтобы позволить нам осмыслить все то, что мы видим перед собой, в частности, расположение отдельных предметов по отношению друг к другу. Эмерджентное понятие пространства воспринимается легче, если мы способны признать, что на макроскопическом уровне конкретные ощущаемые нами свойства стекла и воды (т. е. жидкое состояние воды или гладкость поверхности стекла) нельзя распознать на основании свойств отдельных атомов или даже небольших групп атомов, образующих воду или стекло. Иными словами, при проекции атомных структур, существующих в их естественном нанометровом диапазоне, на макроскопический мир, в котором мы живем и чувствуем, мы воспринимаем свойства предметов (такие как «жидкое состояние» воды или «гладкость» стекла), которые невозможно вывести на основании даже самого тщательного описания индивидуальных атомов. Системы, в которых возникают такие эффекты, называют сложными, а структуры, возникающие в результате взаимодействия составляющих их элементов, называют эмерджентными свойствами. Поскольку наш мозг склонен создавать абстракции, он постоянно производит эмерджентные свойства, такие как жидкое состояние воды и гладкость стекла. Поэтому все то, что мы переживаем и испытываем в каждодневной жизни, является результатом или зависит от эмерджентных свойств, возникающих при интерпретации нашим мозгом потенциальной информации, поступающей к нам из таких сложных систем.

До сих пор мы говорили об общепринятых понятиях, таких как сложные системы и эмерджентные свойства, которые в 2019 году уже не вызывают серьезных разногласий, хотя, безусловно, не были такими общепринятыми еще в совсем недавнем прошлом. Глубоко и тщательно обдумав этот вопрос, я осознал, что наш мозг постоянно занят созданием эмерджентных свойств для построения непрерывной картины внешнего мира, которая была бы для нас осмысленной. Рассуждая на эту тему, я задумался о том, как эмерджентные свойства могли быть пережиты впервые без таких наблюдателей, как мы, мозг которых активно пытается придать смысл внешнему миру, чтобы повысить шансы на выживание. Давайте воспользуемся метафорой, исходно предложенной физиком Джулианом Барбуром в книге «Конец времени» для иллюстрации центральной идеи его теории космологии без времени, и рассмотрим еще один конкретный пример – кошку. На квантовом уровне кошка есть не что иное, как огромный набор атомов, расположенных в определенном и довольно сложном молекулярном порядке. Время от времени этот гигантский набор атомов принимает разные состояния или конфигурации, которые в атомном масштабе не имеют большого смысла. Однако для нас в качестве наблюдателей (и, вероятно, для несчастной мыши) кошка – совершенно определенное существо: живой и дышащий организм, который мы воспринимаем в качестве непрерывной сущности, способной прыгать, бегать, царапаться, а иногда спокойно сидеть у нас на коленях и одаривать нас невероятной привилегией ее гладить. Это при условии, если мы хорошо себя ведем.

Подумав об этой метафоре, сначала я решил, что объяснить, почему мы не ощущаем пустого пространства, когда смотрим на массу атомов, образующих стакан воды или кошку, а воспринимаем предметы непрерывными на макроскопическом уровне, можно на примере гипотетического механизма, посредством которого человеческий мозг, особенно наша зрительная система, реагирует на неожиданную прерывистость в объектах внешнего мира. Общее нейрофизиологическое явление, связанное с этой непрерывностью восприятия, называют зрительным заполнением. Чтобы понять, что это такое, вспомним мой любимый афоризм: мы видим до того, как смотрим. Я имею в виду, что для предсказания того, что мы увидим в следующий момент, наш релятивистский мозг всегда основывается на своей внутренней модели мира. Феномен зрительного заполнения (рис. 9.1) прекрасно иллюстрирует это фундаментальное свойство. Хотя на рисунке 9.1 не нарисован белый треугольник, наш мозг создает соответствующий ему образ, объединяя пустое пространство, образованное в результате специфического расположения разомкнутых кругов и черных треугольников. У пациентов с повреждениями сетчатки реализуется аналогичный феномен заполнения. Это объясняет, почему иногда они совершенно не осознают наличия у себя даже значительного зрительного дефицита, пока не пройдут осмотр у офтальмолога, не врежутся в дверной косяк или не побьют машину, пытаясь заехать в гараж. В этом суть заполнения; мозг фактически заполняет пустое пространство (так называемую скотому, вызванную повреждением сетчатки) с помощью соседних элементов.

Рис. 9.1. Явление зрительного заполнения (рисунок Кустодио Роса).

Заполнение также происходит и в других сенсорных путях, что означает, что это общая стратегия мозга для осмысления сценариев, в которых ему недостает некоторой информации. Таким образом, по той же причине, по которой для нашего мозга в мире не должно быть «дыры» от слепого пятна, мы также «восполняем» слова в разговоре, когда слышим лишь частичные или прерванные фразы. Благодаря тому же механизму последовательности отдельных тактильных возбуждений кожи, происходящих с определенной частотой, могут восприниматься как непрерывное прикосновение к руке. В рамках релятивистской теории мозга явление заполнения, которое, по-видимому, происходит на уровне коры, представляет собой еще один пример способности электромагнитных полей нейронов вызывать массивную синхронизацию нейронов, создающую непрерывное аналоговое описание внешнего мира.

Из всего этого следует, что генерализация явления заполнения в мозге дает эволюционное преимущество за счет обеспечения оптимального восприятия внешнего мира при наличии локальных «дыр» в информации, поставляемой рецепторами с периферии тела. Случайно, как раз в тот момент, когда я печатал этот абзац, я наблюдал на собственном примере яркую демонстрацию возможной роли зрительного заполнения. Поскольку мой взгляд был сосредоточен на экране компьютера, я лишь периферическим зрением левого глаза различал стоявший на подставке рядом на столе айпад. Вдруг я подпрыгнул в кресле, поскольку абсолютно отчетливо почувствовал, что ко мне по столу приближается таракан. Выяснилось, что мнимым тараканом оказалось не что иное, как коричневая сфера, двигавшаяся в горизонтальном направлении на рекламной полосе, вспыхнувшей на экране планшета. Благодаря явлению заполнения мой мозг превратил эту бессмысленную коричневую сферу в потенциальную угрозу – таракана Северной Каролины – и заставил меня отскочить с его пути.