Неуловимое сознание

“Для плавного хода эволюции сознание в том или ином виде должно было быть в начале всего сущего” Джеймс.

В настоящее время существует множество нейробиологических гипотез, объясняющих появление сознания в мозге. Все эти гипотезы или теории, как их часто называют, в явной или неявной форме базируются на интернализме, то есть они признают сознание и квалиа особенностями мозговой активности.

Одна из них, рассмотренная мною в предыдущем эссе (смотри эссе в «Лебедь» за 22.07. 2022), предполагает, что когнитивный опыт хранится в группах нейронов, которые получили название когов, а само сознание запускают пирамидные нейроны 2-го и 3-го слоёв коры мозга. Эта гипотеза подробно рассматривалась в предыдущем эссе и нет смысла снова к ней возвращаться. Гипотеза, на рассмотрении которой, я хочу остановиться ниже, во многом противоречит первой. В ней утверждается, что сознание по своей сути является совокупностью независимых инстинктов.

Эту гипотезу предложил нейрофизиолог Газанига. Он определяет инстинкт «как умение действовать таким образом, чтобы добиться нужных результатов, не имея предварительной тренировки для осуществления этих действий». Известно, что все живые существа, от первых животных до человека, рождаются с набором инстинктов, которые обеспечивают их жизнеспособность в окружающей среде. К инстинктам относятся способность выживать, адаптируясь к внешней среде, размножаться, передвигаться и т. д. Овладение языком, по данным исследований Хомского и Пинкера, также определяется инстинктом.

Принято считать, что проявление инстинктов полностью контролируются генами. Включение инстинктов, сразу после рождения, обеспечивает беспроблемную адаптацию живого организма к внешней среде.

Нейрофизиологам известно, что у тараканов, сверчков, саранчи, бабочек, дрозофил и домашних пчёл, обладающих ганглионарной нервной системой, так и в мозгу позвоночных, имеющим совершенно другую организацию, предусмотрена функция для определения их местонахождения в пространстве. Живые организмы на разных ступенях эволюционной лестницы решают задачу упорядочивания многих функциональных систем, необходимых для осуществления действия. Если такие структуры успешно функционировали на ранних этапах эволюции живого и продолжают функционировать сейчас, то легко предположить, как считает Газанига, что именно им принадлежит главная роль в целесообразной организации инстинктивного поведения живых организмов. Сознание, по предположению Газаниги, порождается именно работой множества независимых инстинктов, что, по его мнению, подтверждается наличием сознания у пациентов с деменцией или с обширными диффузными поражениями мозга.

Наличие множества, а не одного источника сознания, подтверждают и экспериментальные данные, полученные на пациентах с расщепленным мозгом. Если прервано сообщение между полушариями мозга, то каждое из них перестаёт понимать, что известно другому полушарию. У таких пациентов присутствуют два независимых друг от друга сознания.

В рассматриваемой гипотезе моё внимание привлекли два момента. Первый касается предположения о том, что если инстинкты создают сознание, то из этого следует, что в любом живом организме часть субъективного опыта уже «зашита» в каждом из множества инстинктов. Другими словами, какой-то опыт восприятия окружающего мира, совместно с программой построения живого организма, закодирован в генах и активируется при первом же соприкосновении организма с внешней средой.

Однако нам хорошо известно, что наличие инстинктов далеко не у всех видов может обеспечить выживаемость, что и демонстрируют представители вида Homo Sapience. Родившийся ребёнок со всеми своими инстинктами без заботы родителей неспособен выжить. Только в процессе взаимодействия с родителями и окружающей средой, появляется опыт выживания, который закрепляется в результате активации эпигенетических механизмов.

Второй интересный момент заключается в иной трактовке «трудной проблемы сознания», которая вытекает из этой гипотезы. Суть «трудной проблемы» определяется ответом на вопрос как мозг, как физическая система, способен порождать субъективный опыт. Для нейрофизиологов этупроблему сформулировал нобелевский лауреат Экклс: «Каким образом нейронная активность в коре мозга с каким-либо специфическим пространственно-временным паттерном провоцирует определенное чувственное переживание?»

25 лет назад философ Джозеф Левин для обозначения этой загадки придумал ещё один термин — «разрыв в объяснении». Рассматриваемая выше гипотеза предполагает по умолчанию, что часть субъективного опыта закодирована в генах, из чего следует, что причину «разрыва в объяснении» надо искать в самом начале зарождения жизни. Когда начинаешь думать о «разрыве в объяснении» сознания, то первое, что приходит на ум, связано с тем, что если субъективное (символы и образы) – часть осознаваемой нами реальности, то должен существовать способ её отображения в мозге.

То, как объективная реальность превращается в различных рецепторах в теле любого живого организма в нервные импульсы и с как они достигают мозга, детально изучено нейрофизиологами. Была надежда, что расшифровка информации, поступающей в мозг от органов чувств, приведёт нас к пониманию перехода объективного в субъективное. Однако несмотря на то, что различные модели нейронного кодирования были предложены десятки лет тому назад, ни одна из них не привела учёных к пониманию нейронного кода.

С другой стороны, множество накопленных на сегодняшний день данных свидетельствуют о том, что когнитивный (субъективный) опыт несомненно хранится в нейронах мозга, соединённых между собой в когнитивные модули. Более того, эти данные указывают на то, что когнитивная информация может храниться даже в одном нейроне, а не только в когнитивной группе.

Возникает вопрос – в каком же виде когнитивная информация может хранится на уровне одиночного нейрона или группы соединённых между собой нейронов?

Говард Патти был один из первых, кто в своих исследованиях пришёл к выводу, что если мы хотим постичь смысл разрыва между психикой и мозгом, то нам прежде всего надо вникнуть в проблему происхождения жизни из неживой материи. Он писал: «Нам придётся признать, что все живое может одновременно пребывать в двух разных состояниях, т.е. признать неизбежную войственность всех способных к развитию сущностей». Патти называет эту двойственность «неизбежным концептуальным разделением символической записи события и самого события», эпистемологическим разрезом. Он пришёл к выводу, что эпистемологический разрез между субъектом и объектом, психикой и материей, берёт своё начало от самого первого разреза, возникшего при образовании жизни. Разрез этот появился в том месте, где мостиком между генотипом и фенотипом служит генетический код.

Остановимся более подробно на этом утверждении.

Генотип, как всем известно, это последовательность ДНК, содержащая инструкции для живого организма, а фенотип — это наблюдаемые свойства организма. Между субъективно записанными символами (генотипом) и процессом фенотипического конструирования существует разрыв. Чтобы запустить конструирование фенотипа, необходимо расшифровать смысл символов. Материальные символы (нуклеотидные цепочки), подчиняются классическим законам физики. В то же время любые символы - будь то нуклеотиды ДНК, тире и точки азбуки Морзе или последовательность нейрональных или ментальных модулей - произвольны. Выбор символа зависит от правил, а не от физических законов - отбирается тот символ, который передаёт полезную и неизменную для системы информацию.

С одной стороны, символы представляют собой вещество (ДНК состоит из атомов водорода, кислорода, углерода, азота и фосфатов), которое подчиняется законам физики. Но, с другой стороны, как хранилища информации, символы игнорируют эти законы. Поэтому жизнь, по убеждению Патти, отличается от неживой физической системы именно природным сочленением символов с материей. Объект существует отдельно от его символической репрезентации и нашего понимания символа. Связь между знаком (символом) и его значением определяется кодом, согласованным набором правил, которые устанавливают соответствие между знаками и их значениями.

Создаёт код некий агент — кодировщик. Таким образом, живая клетка представляет собой семиотическую систему, состоящую из знаков, значений и кода, которая создаётся кодировщиком.

Строение неорганических молекул в неживом мире определяется спонтанно образовавшимися межатомными связями. В живых системах дело обстоит иначе. Гены представляют собой цепочки нуклеотидов, а белки – цепочки аминокислот, которые не возникают в клетке спонтанно. Их создают молекулы, принадлежащие к особому классу рибонуклеиновых кислот (мРНК) и вспомогательных белков-посредников.

Этот факт чрезвычайно важен для понимания их роли в происхождении жизни, ибо сами «копировальщики» появились в результате случайных молекулярных перетасовок, а затем уже с их помощью пошёл процесс эволюции.

Таким образом, вспомогательные молекулы, способствовавшие образованию связей и копированию, существовали до зарождения жизни. Прежде чем мог начаться естественный̆ отбор, должен был появиться код. В молекулах транспортной РНК есть участки распознавания двух типов - для кодона и для аминокислоты, что позволяет связывать кодон с аминокислотой. Оба участка разделены физически и работают независимо друг от друга. Обязательной связи кодона с аминокислотой нет, а специфическое соответствие между ними может быть следствием только установившихся правил.

Иными словами, биологическую специфичность гарантирует только действующий код. Этот вывод подтверждается недавним открытием, где показано, что головоногие (осьминоги) могут перекодировать свои РНК. Перекодировка РНК предполагает, что могут быть созданы новые белки при той же последовательности символов ДНК и как результат - нарушится взаимно однозначное соответствие генов и белков.

Оказывается, живая система способна менять свой код. В ней есть внутренний кодировщик для биологических обновлений — создания новых белков, — осуществляемых иным путём, нежели через естественный̆ отбор. Это, по мнению Патти, говорит о произвольности связи символа с его смыслом в живой системе. Ход этих рассуждений приводит Патти к важному выводу, что “клетка является семиотической системой, так как содержит все главные признаки таких систем — знаки, значения и коды, — созданные одним и тем же кодировщиком”. Последовательность задаётся в ДНК, а работают с кодом молекулы РНК. Конкретные последовательности трех нуклеотидов – кодоны - служат символьным отображением конкретных последовательностей аминокислот.

Компоненты последовательности ДНК (символ) - не то же самое, что компоненты аминокислотной последовательности (его значение), так же как слова, обозначающие компоненты рецепта, — не то же самое, что сами компоненты. Материальный состав, и биохимическая роль белков определяются информацией записанной необъективными символами ДНК, которая являет собой пример записанной символами информации (последовательность нуклеотидов), от которой зависит физическое функционирование ферментов при ограничениях, наложенных подчиняющимся определенным правилам кодом. Патти утверждает, что во всех самовоспроизводящихся клетках должно иметь место семиотическое замыкание. Границы субъекта — “само” в “самовоспроизводстве” —определяются замыканием семиотической петли, физическим связыванием молекул. Получается, что Жизнь, для воспроизводства себя, неразрывно связана с правилами, кодами и произвольностью символьной информации.

Живые существа изобрели и другой путь сохранения и использования информации, отличный в деталях от выше рассмотренного. Этот путь получил название памяти, свойства которой связаны с работой нервных клеток. Здесь я коснусь только самых важных молекулярных механизмов, относящихся к обсуждаемой теме. Известно, что кратковременная память связана с фосфорилированием ряда белков в нейронах в ответ на их стимуляцию, что приводит к изменению «силы» синаптических контактов в нейронных сетях мозга. Забывание являет собой результат деградации этих белков в синаптических окончаниях.

Механизм долговременной памяти другой. Этот вид памяти материализуется в энграммах, совокупности нейронов, хранящих когнитивный опыт. В энграммах обнаружены клетки, которые активируются в момент запоминания и воспроизведения информации. Новые исследования демонстрируют, что формирование памяти в энграммных клетках начинается с изменений в трёхмерной структуре ДНК, «упакованной» в хроматин. Последний начинает разрыхляться, освобождая часть нитей ДНК, которые становятся доступны для мРНК. В доступных для мРНК областях хромосом находятся «не кодируемые» последовательности ДНК, которые были названы генами-усилителями. Они находятся “перед” основными генами и служат для увеличения их экспрессии. Включающиеся гены вовлекаются в процесс синтеза особого амилоидного белка в синапсах, который не разлагается протеазами. В экспериментах было показано, что долговременное запоминание является результатом перехода в амилоидное состояние белка CPEB. Сами же амилоиды известны как патологические белковые структуры, вызывающие амилоидные заболевания, такие, в частности, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.

Для долговременной памяти необходим синтез новых мРНК и белков устойчивых к протеазам, а амилоиды как раз и обладают высокой устойчивостью к протеазам. Белок CPEB  активирует спящие мРНК в нервных клетках, которые в результате сплайсинга превращаются в два варианта белка СРЕВ: Orb2A и Orb2B. При стимуляции нейрона синтезируется Orb2A, он переходит в полимерное состояние и увлекает за собой Orb2B. Далее процесс полимеризации поддерживается молекулами Orb2B и может продолжаться сколь угодно долго, что соответствует фиксации события в долговременной памяти.

Результаты экспериментов показывают, что мутация, нарушающая полимеризацию Orb2, нарушает и долговременную память. Становится ясно, что в процесс хранения информации включены знакомые нам мРНК, участки молекул ДНК (активируемые гены) и синтезируемые белки Orb2A и Orb2B. Многие детали этого процесса все ещё требуют дальнейших исследований, но они прямо показывают, что процесс кодирования (запоминания субъективного опыта) во многом подобен кодированию, обеспечивающему передачу наследственных признаков построения живого организма.

Как в генетическом кодировании информации, так и в эпигенетическом кодировании можно обнаружить символы, значения и код. Но если генетическая система передачи информации, на мой взгляд, выглядит жёстко замкнутой в себе, что требует условие сохранения вида, то эпигенетическая, напротив, намного более лабильна, что важно для приспособления вида к изменяющейся внешней среде.

В процессе эволюции живых систем инстинкты, продолжая существовать и передаваться из поколения в поколение, на каком то этапе развития начинают замещаться эпигенетическими механизмами хранения и передачи информации, что особенно заметно на примере развития вида Homo Sapience.

Вполне допускаю, что Читатель, дочитавший текст до этого места, с раздражением подумает – и зачем столько сведений из генетики, если в начале автор обещал говорить о разрыве в объяснении «объективное – субъективное» в приложении к процессам, происходящим в мозгу. Ответ звучит примерно так: «Возможно потому, что более глубокое изучение цикла процессов, популярно описанных выше, сможет в ближайшем будущем закрыть разрыв между двумя способами описания – субъективным сознательным опытом и объективными возбуждениями нейронов в мозге, ибо в нейронах, как и во всех других живых клетках, есть звено, восполняющее пробел между живой и неживой материей - семиотическое замыкание, которое функционирует в режиме, позволяющем сохранять и воспроизводить информацию, поступающую из окружающей среды».

Используемые источники.

1. Howard Hunt Pattee and Joanna Rączaszek-Leonardi. Laws, Language and

Life: Howard Pattee’s Classic Papers on the Physics of Symbols with

Contemporary Commentary / Dordrecht, The Netherlands: Springer, 2012;

2. Howard Hunt Pattee. “Physical Problems of Decision-Making Constraints,”

in Pattee and Rączaszek-Leonardi, Laws, Language and Life, 70; Journal of

Neuroscience 3 (1972), 99–106.

3.  Marcello Barbieri. “Biosemiotics: A New Understanding of

Life,”Naturwissen- schaften 95 (2008), 579.

4. Michael S. Gazzaniga. The Bisected Brain // New York: Appleton Century Crofts, 1970.