homuncul

Автор нейронного дарвинизма, ч.2

Джеральд Эдельман (Gerald М. Edelman)
Нобелевская премия по физиологии и медицине (1972)

О нейронном дарвинизме, многоуровневых сетях, памяти и сознании. Фрагмент интервью. начало


Вы ввели выражение «нейронный дарвинизм», а Манфред Эйген употребляет выражение «молекулярный дарвинизм». Здесь есть какая-то связь?

В общем, нет. Думаю, мы оба понимаем, что не следует путать механизм отбора и принципы отбора. Некоторые люди, как например, Фрэнсис Крик, не понимают этого. Крик раскритиковал меня и употребил выражение «нейронный эдельманизм». С точки зрения общих принципов система, в которой идет отбор, должна отвечать трем условиям: (1) наличие генератора различий; (2) наличие механизма опроса для того, чтобы две области, не находящиеся в причинной взаимосвязи, могли провзаимодействовать с достаточной полнотой (если иммунная система не проведет опроса и молекулы антитела и антигена не соединятся, то человек умрет); (3) наличие механизма усиления, дающего выборочное преимущество, например при выработке антитела нужного вида. Эти три принципа имеют совершенно разные механизмы в теории эволюции, иммунологии и науке о мозге. Молекулярный дарвинизм, так, как его понимает Эйген, это просто определенный механизм, подчиняющийся принципам, которые сами по себе являются дарвиновскими. Но естественный отбор — это только один из механизмов. Возможно, самый значимый, но есть и много других. Нужно различать принципы и механизмы. И уж, конечно, тщательно разъяснять прилагательные, используемые вместе со словом «дарвинизм». Одно из самых неудачных сочетаний — «социальный дарвинизм».

«Нейронный» дарвинизм — это теория, а не просто понятие. Эта теория основана на трех принципах. Во-первых, формирование мозга в условиях существования какого-то генетического ограничения не может протекать одинаково у двух разных индивидов. В формировании создается разнородность. Это происходит благодаря отбору разных нейронных цепей и называется отбором развития. Второй принцип нейронного дарвинизма говорит о том, что на определенной стадии процесса перекрывание изменяет не только структуру, но и эффективность действия синапсов, способствуя таким образом некому регулированию движения. И это называется эмпирическим отбором. Он не может происходить одинаково у двух индивидов. Третий принцип — очень оригинальная идея, которую многим людям тяжело понять. Между картами мозга существуют отображения, которые включают рекурсивные контуры с массовым параллелизмом. Это совсем не то, что обычная обратная связь, которая подразумевает только один провод в каждом направлении; если бы их было 4, то было бы 20 вариантов определения нервного сигнала и непонятно было бы, как на него реагировать. Мозговые системы не инструктивны, как схемы обратной связи; они отображают карты и коррелируют химические процессы посредством пространственно-временного координирования карт для образования новых карт. Вместе эти три механизма представляют собой нейронный дарвинизм. Кстати, спектр антител — это пустяк по сравнению со спектром, имеющимся у мозга. Теория графов позволяет оценить это. Так, если 9 вершин образуют граф, в котором однотипные вершины соединены однотипными ребрами, таких графов существует почти 330 000. Это вытекает из теоремы, доказанной Дьердем Пойа. С этой точки зрения мозг представляет собой граф, состоящий из ста миллиардов вершин, что дает гиперастрономическое число возможных графов.

Здесь я хотел кое-что добавить относительно одной теории, которая пока еще не разработана полностью. Мы установили, что система отбора мозга работает только при наличии врожденной ценностной ориентации. Каково место тех или иных фактов в системе ценностей? Если подходить к науке с крайней редукционистской точки зрения, можно создать модель чего угодно, кроме модели ученого-физика. Последний исключается, потому что он смотрит на вещи глазами Бога; он принимает как данное свои ощущения и восприятия, хотя это не находит отражения в его теориях (как отметил Шрёдингер). Размышляя о вырожденности и сложности мозга, начинаешь понимать, что важны лишь те факторы, которые имеют значение для самой системы, а не сторонние наблюдатели, подобные Богу. Можно «упростить» (формализовать) и Бога, но при этом не учитывается история и люди.
По нашему мнению, нельзя создать теорию отбора, осуществляемого мозгом, не предположив существования определенной системы ценностей. Мы создали компьютерную модель нервной системы, одну из самых сложных в мире. Она отказывается функционировать, если не вложить в нее что-то вроде постулата: свет лучше темноты или темнота лучше света. Причем это задается не словами, а последовательностью химических реакций. Мы работали также над теорией ценностей и нашли, что в нервных системах ценности устанавливаются в процессе эволюции. Но что значит — быть человеком? Это значит обладать гибкой системой ценностей, которая может изменяться под воздействием обучения. В мозге человека имеются определенные наследственные химические структуры, связанные с системой ценностей, и изменение этой системы под воздействием обучения позволяет человеку выполнять действия, которые не могут выполнять другие животные.

Сейчас мы находимся на весьма своеобразной стадии развития нашей теории. Непросто будет перейти от молекулярной структуры, даже от структуры макромолекул, к клеткам, их взаимодействиям и мозгу в целом, используя единообразные подходы. Нам нужно исследовать три круга, сложных проблем. Во-первых, это химия клетки (как макромолекулы в клетках образуют структуры из супрамолекулярных ансамблей и как они осуществляют передачу сигнала). Во-вторых — сеть генов. По моему мнению, гены не являются генеральным планом организма, они накладывают ограничения на происходящие в нем химические процессы. Это два принципиально разных взгляда на функцию генов. Гены образуют сети, это признавали генетики в прошлом, но лишь немногие молекулярные биологи признают это сейчас. Они считают, что все станет понятно, как только будет расшифрован весь геном. На самом деле сети генов вырождены. Самой большой сетью является сеть в мозге. Здесь есть некий парадокс. Я думаю, что исследования мозга закончатся раньше, чем исследования в области клеточной химии. Причина этого в анатомии нервной системы. Она является сильным ограничением деятельности мозга, и у нас в распоряжении есть так много методов для изучения генных сетей мозга, что мы узнаем основные принципы их функционирования раньше, чем изучим их на клеточном уровне.

Вот два примера трудностей, которые ставит перед нами клеточная химия. В каждой клетке тела содержится около 2 000 киназ и около 1 000 фосфатаз. Они образуют невероятно сложную сеть. Найдя способ показать, что одна молекула соединяется с другой, а третья присоединяется к ядру, я получу необходимое, но не достаточное описание. Теперь нужно принять во внимание проблему транскрипционной регуляции. Промоторная часть гена отвечает за то, как начнется транскрипция, как пройдет копирование гена на РНК, которая затем отделяется от матрицы и сама становится матрицей для синтеза белков в цитоплазме. Участки ДНК, к которым присоединяются белки для осуществления транскрипции, состоят из 12—20 нуклеотидов, и от богатства возможных сочетаний захватывает дух. У двух видов, вырабатывающих одинаковый гомологичный белок с одинаковой функцией в развитии, некоторые сочетания нуклеотидов в ДНК могут разделяться десятками тысяч нуклеотидов. Мы пытаемся понять всевозможные способы образования таких комбинаций для одного белка в разных тканях и в разном окружении. Эта проблема ошеломляющих размеров. Но мы и многие другие работают над ней, и я верю, что она будет решена даже раньше, чем мы поймем, как за 300 миллисекунд в клетке осуществляются взаимодействия между белками.
Я думаю, что все эти сложнейшие биологические сети действуют весьма сходным образом потому, что сходны их основные принципы, хотя механизмы и различны. Центральная проблема современной биологии — понимание работы таких сетей. Наступает период, когда редукционизм в биологии ДНК и в молекулярной биологии можно будет осуществить в терминах аналитического описания биологических сетей. Результатом этого, я думаю, станет теория наподобие статистической механики.

Понимание сложных многоуровневых систем с помощью теорий ограничительных условий — чрезвычайно сложная задача для химиков, биологов, а в конечном счете также для физиков и математиков. Нужно будет уделить особое внимание системам, которые могут развиваться, приспосабливаться, не следуя определенному плану или алгоритму. Возьмем, к примеру, управление с помощью обратной связи. В технике существует теория управления, даже для нелинейных случаев. Трудность в работе с биологическими системами заключается в том, что они не были специально созданы, просто происходил отбор особей. Все, из чего состоит данная особь, на данный момент является подходящим. С другой стороны, даже если вырезать большие части из сложных сетей этого организма, система продолжит работать. Она может приспосабливаться, хоть она и не была предназначена для этого. Когда мы научимся создавать такие сети, перед наукой и техникой откроются широчайшие возможности. Это также будет новой эпохой в химии.

В своей последней книге об успехах в изучении сознания Вы подчеркиваете
важность симметрии и памяти.


Симметрия чрезвычайно универсальна. Это центральный принцип науки, особенно в отношении законов сохранения и фундаментальных уравнений физики. Очень важным понятием является и память. Я не имею в виду что-то вроде компьютерной памяти. Я говорю о нашей памяти, которую я бы назвал нерепрезентативной. Когда в мире РНК появилась ДНК, ковалентные связи стали отражать историю отбора. Таким образом, хотя детерминизм локальной химии был важным ограничением, он не мог точно предопределить при наследовании последовательность, заключенную в ДНК, поскольку она зависит от отбора, осуществляемого на более высоком уровне. Эта последовательность представляет собой форму памяти, но поскольку ряд других ДНК могут играть ту же роль, имеется вырождение.
Мы встречаем здесь любопытный вид памяти: запоминается не вполне точно определенная вещь и даже не химически детерминированная структура. Есть некое новое событие, и есть корреляция между ранее случавшимся и этим новым, никогда не случавшимся событием. В большинстве химических реакций и даже в развитии звезд не происходит такого наследования, такого отбора определенных черт, соответствующих непредсказуемым внешним условиям.

Если обратиться к мозгу, определение природы памяти — чрезвычайно сложная задача. Я могу дать лишь общее представление об этом. Большинство ученых, работающих в области нейробиологии, считают, что память репрезентативна. Они полагают, что тут действовует некая система кодирования. Я с этим категорически не согласен. Я могу так описать память: представьте себе ледник при меняющейся погоде. Погода — это сигнал, ледник — вещество мозга, скалы у основания горы пусть будут нервными взаимосвязями, а пруд на дне ущелья — результат запоминания.
Допустим, становится теплее, лед тает, водные потоки стекают вниз, разбиваются о скалы и попадают в пруд. Затем холодает и снова теплеет, и вода растаявших льдов другим путем достигает пруда. Этот путь может привести и к другому пруду, два пруда могут в конце концов слиться, а могут и не слиться. Так создается ассоциация. Вот как работает память. Точных копий не бывает, каждый раз в ограничивающих условиях сети создается новый вариант как результат неизоморфных возможностей, подобно разным путям водного потока. Но все эти варианты при данных ограничивающих условиях имеют нечто общее. Теперь обобщите этот пример на случай n-мерного пространства, и Вы поймете, что представляет собой память. Воссоздание результата при определенных ограничивающих условиях — это один из механизмов памяти, и его принцип возник одновременно с возникновением жизни.

Теперь поговорим о сознании. В 1989 г., еще до того, как началось повальное увлечение вопросами сознания, я написал об этом книгу. Однако тогда мне и моим коллегам не хватало экспериментальных данных. Сейчас мы закончили один эксперимент и только что отослали статью. Вы первый человек, не имеющий отношения к нашей лаборатории, с которым я это обсуждаю.
Все мы знаем, что такое сознание. Это то, что мы теряем, засыпая, и вновь обретаем, просыпаясь. Мы все знаем, что можно потерять со¬знание, если получить удар по голове. То же происходит и под общим наркозом. Около трех с половиной лет назад у меня была серьезная операция. Я врач, и у меня есть кое-какое воображение, а это плохо. Вошел анестезиолог и спросил меня: «Знаете, я прочитал Вашу книгу и никак не пойму, что Вы имели в виду под пространственно-временной связью». Я стал объяснять, он поблагодарил меня и сказал: «Ах, вот оно что». А через 9 минут добавил: «Это было восхитительно, доктор Эдельман, но, боюсь, нам нужно расстаться на какое-то время». А потом все пропало, как будто выключили телевизор. Так становится понятно, что в этом участвует мозг. Но в чем разница между сознательным получением информации и бессознательным?
Этим вопросом задались мы с коллегами, и вот что мы сделали. Мы установили магнитоэнцефалограф, с квантовыми датчи¬ками для измерения магнитных полей от мозговых токов. Это не токи, текущие через объемный проводник, и не то, что показывает электроэнцефалограмма. Хотя нельзя воссоздать таким образом все векторы, можно измерить токи, проходящие на глубине около двух дюймов под корой головного мозга. Мы использовали для этого очень интересный, классический пример, называемый бинокулярной конкуренцией. Испытуемый надевал красную и синюю линзы, и ему показывали одновременно вертикальные красные полосы и горизонтальные синие. Но красный можно увидеть только одним глазом, а синий — только другим. Широко извест но, что при этом в каждый данный момент мы видим либо одну картинку, либо другую, и переключаемся с картинки на картинку, причем это переключение не фиксируется сознанием; точнее, это — безотчетное сознание. У разных людей разное время переключения, и оно не постоянное. У нас в лаборатории работает один человек, у которого оно почти постоянное. Каждые 2-2,5 секунды он переключается с одной картинки на другую. Если это осознать, то это просто поразительно. В любой момент времени видишь только один предмет, но знаешь, что их два. Такие измерения раньше проводились с помощью электродов у животных, а мы сделали то же у людей, потому что благодаря способности людей сообщать о своих ощущениях, можно точно знать, когда сознание работает.

Вот суть нашего открытия. С помощью детального Фурье-анализа мы сумели показать, что можно проследить, от какого сигнала идет каждая мозговая волна. Мы можем пометить каждый сигнал, заставляя его мигать с определенной частотой. Потом мы говорим испытуемому: «Когда увидите красный цвет, щелкните переключателем для правой руки, а когда увидите синий — переключателем для левой руки». И вот он сидит и щелкает, щелкает. Он не знает, что мы делаем, а мы не знаем, когда он щелкнет. Проанализировав полученные данные, мы обнаружили, что в отличие от животных, даже когда испытуемый не осознает, что видит синюю картинку, большая часть его мозга занята и показывает наличие сигнала. Мы можем поделить мозг на участки и произвести нужные расчеты. Когда же испытуемый видит красную картинку и осознает это, прибор фиксирует часть мозга такого же размера, но при этом дополнительно очень ярко высвечиваются области мозга, отвечающие за локализацию, так что можно видеть разницу между сознательным и бессознательным состояниями.
Разницу можно увидеть, если вычесть один набор индуцированных потенциалов из другого. Вывод: даже находясь вне сознания, мы используем значительную часть мозга. В сознательном состоянии разностный спектр по большей части в определенных местах смещается в положительную сторону, но в некоторых местах — в отрицательную. У каждого человека это происходит по-разному. Я могу посмотреть и сказать: «Этот человек видел красное, и я даже могу идентифицировать его». Это звучит не слишком впечатляюще, но на самом деле был проведен исключительный эксперимент. Он открывает возможность впервые связать свойства сознания с нашим пониманием памяти и восприятия.

Меня это очень воодушевляет, но я понимаю, что нужно ясно видеть границы науки. Существование — это еще не описание. Если я изложу полную научную теорию сознания, а под этим я понимаю, что я могу предсказать ваши действия в ответ на мои действия, эксперимент все равно никогда не даст мне представления об ощущениях. Для этого мне нужно живое тело, и не просто тело, а тело с определенной историей и понимающее язык. Если бы я смог создать нечто с такой структурой, оно могло бы распознавать зеленый цвет, тепло и т. д. К несчастью, есть люди, занимающиеся наукой о сознании, которые надеются, что со временем станет возможно объяснить марсианину, что такое зеленое и что такое тепло, и он это поймет. Джон Локк в одном замечательном эссе рассказывает о слепце, который понимает, что такое багровый цвет; он говорит, что это звук трубы.
Вполне достаточно, что наука может описать опыт. Не нужно ожидать от нее воссоздания опыта. Добавим еще кое-что интересное относительно соотношения перспектив науки и перспектив человеческого опыта. Когда-нибудь мы полностью поймем основы сознания, но это будет только формально объяснение связи вещей в ходе событий. Если вы спросите, почему есть нечто, а не ничто, я расскажу анекдот о двух евреях, пьющих чай из стаканов — на русский манер. Один говорит: «Знаешь, Макс, жизнь, она стакан чая». Другой спрашивает: «Почему, Луис?» А Луис отвечает: почем мне знать, что я философ что ли?»

* * *

Интервью записано в 1998 г. Иштваном Харгиттаи (Istvan Hargittai )
Русский перевод взят из книги «Откровенная наука: беседы с корифеями биохимии и медицинской химии» (URSS, 2006)
>>"Эта последовательность представляет собой форму памяти, но поскольку ряд других ДНК могут играть ту же роль, имеется вырождение. Мы встречаем здесь любопытный вид памяти: запоминается не вполне точно определенная вещь и даже не химически детерминированная структура. Есть некое новое событие, и есть корреляция между ранее случавшимся и этим новым, никогда не случавшимся событием."<<
Понятно, что это живая речь (интервью), но логику построения этой последовательности мыслей (и всего абзаца), а так же логику связи упомянутой корреляции памяти с будущими событиями со всем текстом выявить сложно.
ОЧ интересно.


<<Мы установили, что система отбора мозга работает только при наличии врожденной ценностной ориентации. ...

По нашему мнению, нельзя создать теорию отбора, осуществляемого мозгом, не предположив существования определенной системы ценностей....

В мозге человека имеются определенные наследственные химические структуры, связанные с системой ценностей, и изменение этой системы под воздействием обучения позволяет человеку выполнять действия, которые не могут выполнять другие животные....

Мы работали также над теорией ценностей и нашли, что в нервных системах ценности устанавливаются в процессе эволюции....

Причем это задается не словами, а последовательностью химических реакций... >>

Эти фрагменты противоречат другому высказыванию,
Что "направление эволюции не заданно".
Что такое Врожденная “система ценностей”,
как не заданность направления Эволюционных поисков.
Спасибо за пост.

Интересно, что в оригинале первое условие выглядит так: (1) You must have a generator of diversity (G.O.D.).
Да. Оригинала этого текста у меня нет, но я видел другие его интервью, с этим обозначением. :)
Вы попали в Топ-30 Зиуса!
Ваш пост написан настолько интересно, что вы попали в Топ-30 Зиуса самых обсуждаемых тем в Живом Журнале.
Это очень положительное явление. Пожалуйста, продолжайте в том же духе. © Зиус
интересно, что он называет системой ценностей - и как это отличается от системы инстинктов.
вообще, мне кажется, по поводу ценностей у него ужасная "каша в голове" :)