Дин Буономано - Мозг – повелитель времени

• Название: Мозг – повелитель времени
• Автор: Дин Буономано
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-095335-6

Где хранятся наши воспоминания и можно ли предвидеть будущее? Человеческий мозг совершенно по-особому относится ко времени, отсюда и шестое чувство, и ощущение быстротечности и стремительности жизни. Как это работает, выяснил известный американский нейробиолог Дин Буономано с помощью результатов революционных исследований. Как же наш мозг ощущает и считывает время? Что такое чувство времени? Как связано оно с распознаванием речи и музыки? Можно ли на самом деле путешествовать во времени? Ответы – в этом бестселлере серии «Большая наука».

---

Ньютон верил в абсолютное время, которое «по самой своей сущности протекает само по себе, без всякого отношения к чему-либо внешнему». Он считал, что время универсально для всех точек пространства. Вселенная Ньютона была детерминированной: состояние такой системы в любой момент времени, как в прошлом, так и в будущем, теоретически можно установить, исходя из настоящего. Но история науки на этом не остановилась. Для нас наиболее важно отметить два момента. Во-первых, ученые постепенно начали приходить к (печальному для некоторых) заключению, что даже если вселенная подчиняется прекрасным законам Ньютона, на практике не представляется возможным предсказать будущее (или изменить прошлое). Работы многих ученых, включая французского математика Анри Пуанкаре и американского метеоролога Эдварда Лоренца, показали, что минимальные различия в состоянии системы в настоящий момент могут приводить к абсолютно разным результатам в будущем (самый известный пример – эффект бабочки в предсказаниях погоды). Такая ситуация называется хаосом, и мы увидим, что именно эта ситуация наблюдается, когда речь заходит об изучении самой сложной известной динамической системы – человеческого мозга (глава 6). Вторым важным шагом было устранение Альбертом Эйнштейном ньютоновского понятия абсолютного времени. Эйнштейн показал, что вопреки человеческой интуиции время – параметр относительный (глава 9). Мы поговорим об этом подробнее, сейчас лишь замечу, что по мере взросления физики проблема времени постепенно стала всеобъемлющей и основополагающей (возможно, с некоторыми исключениями). Забавно, что периодически происходят попытки полностью вытеснить параметр времени из физики8 и вернуться к геометрически статичной вселенной, которую физик Джулиан Барбур называет Платонией: намек на идею Платона о том, что геометрические формы являются реальными сущностями, находящимися в безвременно́м пространстве.

ВРЕМЯ И НЕЙРОБИОЛОГИЯ

Многие другие области науки тоже проходят через аналогичные стадии созревания. Например, современная биология зародилась в XVIII в., как описательная и статичная классификация живых организмов, но постепенно, по мере взросления, биология включила в себя концепцию времени в форме динамических и эволюционных представлений. Здесь роль Галилея сыграл Дарвин: он увидел, что все виды организмов на Земле находятся в постоянном «движении» – мутируют, исчезают и эволюционируют.

Нейробиология и психология тоже эволюционировали и постепенно включили в себя проблему времени. Можно все что угодно говорить о псевдонауке френологии, но специалисты в этой области признают важность восприятия времени. Они связывают нашу способность чувствовать время с участками лобных долей, находящимися между зонами, ответственными за модуляцию и локализацию (рис. 1.1). В одном трактате по френологии говорится, что «функция этой способности заключается в регистрации течения времени, длительности и очередности событий и т. д. Она также позволяет запоминать даты, поддерживать такт в музыке и танце, а также способствует пунктуальности и выполнению принятых на себя обязанностей»9.

Один из создателей современной психологии, Уильям Джеймс, также признавал важность концепции времени для понимания функционирования мозга. Восприятию времени он посвятил целую главу своего знаменитого трактата «Принципы психологии», опубликованного в 1890 г. Как ни странно, после него этот вопрос затрагивался лишь в нескольких важных книгах по психологии или нейробиологии10. В целом на протяжении большей части XX в. проблема времени в учебниках по психологии практически не упоминалась.

Рис. 1.1. Френологическая карта XIX в.

Согласен, я слегка упрощаю ситуацию. Во-первых, проблема времени в психологии и нейробиологии – это не одна проблема, а целый набор связанных между собой вопросов о том, как мозг отсчитывает время, создает сложные временны́е образы, осознает течение времени, вспоминает прошлое и предвидит будущее. Во-вторых, в нескольких направлениях психологии и нейробиологии все же были достигнуты значительные успехи в изучении восприятия времени. Например, в XX в. расцвела такая область исследований, как хронобиология, занимающаяся изучением биологических ритмов, особенно циклов сна и бодрствования (глава 3). В этот же период было выполнено множество важнейших работ, способствовавших значительному расширению нашего понимания того, как мозг воспринимает время. Но в целом на проблему времени редко обращали внимание. Возьмите, к примеру, библию современной нейробиологии – учебник «Основы нейробиологии» – и попытайтесь в предметно-именном указателе найти наиболее часто встречающееся слово английского языка. Его там нет. Но если вы попробуете найти слово «пространство», вы встретите его многократно в самом разном контексте11.

Психология и нейробиология – новые научные направления, так что они только начинают в полной мере оценивать роль временно́го и динамического фактора. Психолог Ричард Иври из Калифорнийского университета в Беркли писал в 2008 г.: «Еще поколение назад исследования восприятия времени были ограниченными и включали в себя лишь поведенческие реакции с явными временны́ми закономерностями. Но недавно интерес к изучению восприятия времени появился вновь, и исследователи начали заниматься широким спектром явлений, протекающих во времени»12.

В качестве примера, отражающего этот сдвиг, рассмотрим отношение к одному из важнейших вопросов психологии и нейробиологии: как мозг хранит воспоминания? Поскольку воспоминания касаются опыта из прошлого, память в обязательном порядке связана со временем. Но при этом проблему памяти редко рассматривали во временном контексте. Только в XXI в. ученые начали полностью отдавать себе отчет в том, что «информация о прошлом имеет смысл только в том случае, если позволяет предвидеть, что произойдет в будущем»13. Механизм памяти эволюционировал не для того, чтобы мы могли предаваться воспоминаниям. Единственная эволюционная функция памяти заключается в том, что она позволяет животным предсказывать, что и когда может произойти, и как следует реагировать, если что-то произойдет. Благодаря таким концептуальным сдвигам и множеству методологических достижений, нейробиология и психология гораздо больше внимания начали уделять вопросу времени. Более того, мы начинаем осознавать, что без понимания механизмов восприятия и отсчета времени в мозге мы не сможем понять, как функционирует человеческий мозг.

ПРЕЗЕНТИЗМ И ЭТЕРНАЛИЗМ

Эта книга в основном рассматривает вопрос времени в рамках нейробиологии и психологии, но нам также придется уделить некоторое внимание физике времени. Наша задача будет заключаться не только в том, чтобы понять важнейшие принципы природы времени, которые раскрывает физика, но также найти точки пересечения – или, точнее, столкновения – идей физики и нейробиологии (главы 8 и 9). Чтобы продвинуться в этом направлении, необходимо вспомнить две важнейшие философские теории, касающиеся природы времени: презентизм и этернализм14.

Как следует из названия, в рамках теории презентизма утверждается, что реально только настоящее. В таком случае прошлое – это конфигурация вселенной, существовавшая в какой-то момент, а будущее – некая конфигурация, которую предстоит определить. Напротив, этернализм постулирует, что прошлое и будущее реальны в той же степени, что и настоящее. В настоящем нет ничего особенного: в рамках этернализма «сейчас» имеет для категории времени такой же смысл, как «здесь» для категории пространства. В настоящий момент вы находитесь в каком-то одном конкретном месте в пространстве, но вы прекрасно знаете, что существует множество других, столь же реальных, мест – комнат, городов, планет и галактик. Аналогичным образом, даже если вы ощущаете себя в некоей временно́й точке, называемой «сейчас», существуют другие – прошлые и будущие – моменты времени, где находятся другие существа, а также вы сами – более молодой и более старый (рис. 1.2).

Возможно, объяснить разницу между этими двумя концепциями проще всего на примере путешествий во времени15. В рамках презентизма истинное путешествие во времени (перемещение назад и вперед, в прошлое и в будущее) невозможно. Такие технические детали, как возможность построения машины времени в рамках законов физики, просто не имеют смысла, поскольку нельзя перенестись в несуществующее время, как нельзя перенестись в несуществующее место. В рамках этернализма ось времени отчасти (но не полностью) аналогична пространственным осям, так что вселенная представляет собой четырехмерный «блок», в котором прошлое и будущее так же реальны, как север и юг по отношению к нашему местоположению в пространстве. Хотя сам этернализм не зависит от того, являются ли перемещения во времени возможными, сама постановка вопроса невозможной не является, поскольку на оси времени имеются «места» (моменты), в которые можно стремиться попасть.