КММ: развитие и новые факты

Процесс мышления. Детерминированно-хаотическая динамика.

Когда проблема емкости памяти была решена, квантовая модель мозга обрела логическую полноту. Стало понятно, как накапливаются воспоминания, как они «оживляются», как постепенно размываются и умирают. Однако все это касалось лишь примитивных реакций и инстинктов, то есть прямых соответствий между стимулами извне и информацией, хранящейся в мозге. От отдельных фрагментов памяти нужно было шагнуть к связям между ними, к переходам от одного к другому, а потом – к ассоциациям, категоризации, абстракции. Также было не очень ясно, чем обеспечивается устойчивость распознавания – например, как мы узнаем знакомое лицо среди прочих, глянув лишь мельком, издали, наискось. Как небрежно напетые несколько нот позволяют вспомнить любимую мелодию, а случайная фраза, проскочившая в разговоре, тут же выдает собеседника с головой – хоть именно таких слов ты никогда от него не слышал...

Стимулы не бывают одинаковы, они могут быть близки, но не более. Тем не менее наш мозг из всех воспоминаний выбирает нужное – безошибочно и мгновенно, почти не путаясь в похожих кандидатах. Навигация среди состояний мозга осуществляется с поразительной эффективностью – и чтобы понять общий принцип этой навигации было проведено множество экспериментов по исследованию мозговой макро-динамики. Тут следует особо отметить работы Уолтера Фримана, в том числе и те, в которых, в соавторстве с Джузеппе Витиелло, были предприняты попытки связать эту макро-динамику с микро-динамикой, то есть с пресловутой квантовой моделью [15, 16].

В результате стало понятно, что свойства фазовых траекторий, описывающих макро-состояния неокортекса в процессе мозговой деятельности – если взглянуть на него, например, через серию энцефалограмм – удовлетворяют условиям хаотичности. Они сходятся к так называемым странным аттракторам, известным из теории динамического хаоса. Мозг, вспоминая знакомый запах или слово или, скажем, продумывая еще раз уже когда-то сформулированную мысль, «движется» через состояния, близкие к тем, что были пережиты когда-то и «закодированы» в квантовом конденсате. Накопленные опыты, прожитые мозгом, равно как и умозаключения над ними, отображаются в иерархию сходящихся траекторий – аттракторов в пространстве состояний, аттракторов в пространстве аттракторов, аттракторов в пространстве аттракторов пространства аттракторов и так далее. Именно категоризация, абстрагирование через иерархии аттракторов объясняют как невероятную чувствительность мозга к внешним раздражителям, так и гибкость человеческого мышления, способность формировать мысли через ассоциации и аналогии. Внешние стимулы, вызывающие воспоминания – например лицо, мелькнувшее в толпе, или легчайшая тень запаха – не приводят прямиком к цели. Они лишь определяют области «ландшафта аттракторов» на разных уровнях абстракции. И затем мозг «втягивается», как в воронку, в нужную область фазового пространства, входит в требуемый динамический режим детерминированно-целеустремленно, подчиняясь законам динамического хаоса, который, как известно, на самом деле не хаос, а строжайший порядок. Он и определяет законы мышления.

Также был найден и ответ на вопрос, как же именно обеспечивается «мобильность» мышления, переходы от одних воспоминаний к другим, от образа к образу, слова к слову – то есть, как мозг «перевыбирает» аттракторы, перемещается от мысли к мысли. Оказалось, что в «стрельбе» нейронных групп все время возникает и пропадает согласованность, когерентность. Она создается на больших областях, живет несколько сотен миллисекунд, потом пропадает на десяток миллисекунд, потом вновь возникает, уже в несколько других областях, и так далее. Другими словами, в потоке «мыслей» постоянно случаются паузы, моменты возвращения к беспорядку, благодаря которым мозг может без помех перейти от аттрактора к аттрактору на любом уровне иерархии. Динамические режимы сменяют друг друга резко, скачкообразно. Это открывает путь аналогиям и ассоциациям, обобщениям или, наоборот, концентрации на частностях. Это же обеспечивает постоянную готовность отреагировать на новый стимул, принять новый вызов от окружающего мира [17].

«Темная энергия» мозга

Отдельной и давно известной мистерией является энергетический баланс мозга – и в последние десятилетия на него стали обращать все больше внимания. Мозг расходует чрезвычайно много энергии – и девается она непонятно куда [18, 19]. Например, на обработку информации, приходящей из внешнего мира через все наши органы восприятия, тратится лишь несколько процентов этой энергии. Остальное уходит на какую-то внутреннюю работу [20] – и по поводу содержания этой работы у официальной науки нет подтвержденных гипотез. Есть неподтвержденные; главные из них – это обеспечение гомеостаза (то есть, согласованной работы внутренних органов и систем, включая собственные системы мозга [22]) или поддержка внутренних когнитивных процессов [20], относящихся как к сознательному, так и к подсознательному. Однако, как признают в официальных обзорах [21], мнения разных научных групп по поводу вклада этих гипотез в загадку энергетического баланса на удивление плохо совпадают друг с другом. Было даже введено понятие «темная энергия мозга» – по аналогии с известным астрофизическим термином.

Этот факт, наряду с квантовой моделью мозга, дал толчок одной из главных концепций проекта Ergo Mentis. Она логически близка мнению официальной науки о том, что внутренняя работа, постоянно происходящая в мозге и потребляющая непомерное количество энергии, специфична для деятельности человеческого разума [23,24] – обеспечивая «внутреннее мышление», поддержание постоянного «внутреннего нарратива», формирование и перестройку воспоминаний, идей и планов. Непонятно лишь, почему мы не можем детектировать большую часть этой работы – и идея Ergo Mentis состоит в том, что ее, эту большую часть, обеспечивает новое, неизвестное нам взаимодействие с внешним, неизвестным нам полем. Почему «внешним»? Потому что в противном случае, если бы его кванты-частицы бороздили нашу вселенную, являясь частью нашей физики, мы бы, наверное, что-то уже о них знали.

Формирование любого когнитивного процесса, включая пресловутый «внутренний нарратив» – это внесение дополнительного порядка в сложнейшую систему, которой является мозг, и, в соответствии с нашей гипотезой, продвинутым умозаключениям, специфическим «продуктам» человеческого разума, соответствует какая-то более изощренная упорядоченность «матрицы» дипольных моментов мозга. Очень грубо формулируя, они не просто выстраиваются в одном направлении, как в случае элементарных воспоминаний, а образуют более сложную «фигуру» (говорю это чисто для иллюстрации, не имея в виду реальные квантово-физические процессы). Путь к такой упорядоченности открывает особая структурная сложность человеческого мозга (в частности, его неокортекса): количественный скачок структурной сложности приводит к появлению качественно нового порядка, то есть к спонтанному нарушению какой-то новой симметрии. В книге «Место Карантина» она связана с фрактальной размерностью – имея в виду, что новая упорядоченность может быть «упакована» в структуры фрактального типа. Нарушение новой симметрии приводит к появлению нового типа квазичастиц (они обязаны появиться по теореме Голдстоуна), которые могут как раз-таки являться «агентами» взаимодействия с внешним полем. Так вся совокупность наших когнитивных процессов «отражается» где-то вне, создавая предпосылки к «диалогу» мозга с самим собой, к взгляду на себя со стороны – что, на ментальном уровне, приводит к осознанию разумом себя и вообще к феномену человеческого сознания.

Отмечу, что механизм неравновесной конденсации за счет притока внешней энергии является очевидным базисом этой гипотезы. Связь между «лишней» энергией и «дополнительным» порядком не умозрительна – она математически подтверждена!

От мозга ко всей нервной ткани

В последние годы стали появляться исследования, свидетельствующие, что когерентность, поддерживаемая на квантовом уровне, имеет место и влияет на процессы во многих других тканях и органах человеческого организма. На основе спонтанного нарушения симметрии и коллективных квантовых колебаний, аналогичных голдстоунским бозонам квантовой модели мозга, предложены: одна из альтернативных моделей онкогенеза [25], механизм прямого диалога между сердцем и мозгом [26], объяснение того, как техники глубокой релаксации влияют на экспрессию специфических генов и таким образом уменьшают воспаление как последствие стресса [27] – и так далее. Все это подсказывает следующий шаг: распространение квантовой модели мозга на весь организм в надежде понять, как квантовые процессы, через регуляцию экспрессии в различных типах клеток, могут интегрально влиять на – или даже координировать – всю нашу физиологию. И здесь, на мой взгляд, первейший интерес может вызвать квантовая модель нервной ткани – объединяющая мозг с нервными волокнами, проходящими через все тело.

Нервная система, если взять ее целиком, обладает многими из черт, присущих мозговой коре – например, пластичностью, то есть способностью к быстрой перестройке и обучению. Ее макро-клетки, нейроны, образуют коммуникационную сеть, которая точно так же может задавать начальные условия для микро-эффектов, квантовых процессов в протяженных областях, обеспечивающих нейронную когерентность. Вся нервная ткань испещрена белковыми нитями, которые, осуществляют связь микро и макро, а функционально она всегда в центре событий – отвечая за взаимодействие и регуляцию органов и систем организма. Она воспринимает внешние раздражители и передает сигналы в ‘центр’, в мозг – так формируются ощущения и осуществляется наша связь с окружающей средой. Вся нервная ткань целиком – от кончиков пальцев до неокортекса – это наше ‘я’. Остальное в человеческом теле – это одежда, столовая, больница для нашей «самости», совокупности нервных клеток. Таким образом, квантовая модель нервной системы может относиться к личности человека во всей ее полноте. Эта идея развивается в книге «Человек-Cogito».

Здесь отмечу: как описано выше, на квантовом уровне природа имеет и активно использует универсальный механизм, позволяющий вносить в систему порядок за счет притока внешней энергии. На мой взгляд, этот факт является недвусмысленной подсказкой: именно квантовая модель, распространенная на все тело, должна и может показать, что лежит в основе невероятной упорядоченности наших организмов.

Позиция современной «официальной» науки

Все вышеизложенное (кроме гипотезы о взаимодействии мозга с чем-то внешним) находится в научном поле – это реальные результаты и теории, опубликованные в серьезных журналах. За ними стоят математика и экспериментальные наблюдения – их нельзя огульно причислить к спекуляциям и «псевдонауке». Особо отмечу: квантовая модель мозга основана на квантовой теории поля и не имеет отношения к квантовой механике – включая аналогии с квантовыми компьютерами и давно известную (и подвергнутую справедливой критике) квантовомеханическую модель Пенроуза. Только квантовая теория поля (описывающая динамику очень большого количества квантовых объектов) способна перебросить мост от микро к макро и объяснить макроскопические свойства мозга как целого.

Вопрос об упорядоченности живых организмов остается актуальным – несмотря на значительный прогресс в его прояснении [28]. Теория сложных систем с многочисленными обратными связями позволила многое понять касательно самоорганизации, но окончательных ответов не дала [29]. Проблема все та же: порядок устанавливается слишком быстро и его слишком много. В некоторых случаях (например, развитие человеческого эмбриона) это «слишком» выглядит просто вопиющим.

Интересно, что в научном дискурсе об упорядоченности всего живого стали часто звучать концепции симметрии и ее спонтанного нарушения. Тут недалеко и до квантовой теории поля с голдстоунскими бозонами...

Что же касается механизмов памяти и формирования мыслей, не говоря уже об осознании себя, мейнстрим-наука до сих пор старается не замечать теорий, предлагающих принципиально новые подходы, настаивая на том, что существующую официальную парадигму нужно лишь слегка «улучшить», и все мистерии разрешатся сами собой. Основные усилия продолжают направляться на поиск «энграммов» – локальных изменения синаптических связей между несколькими нейронами, то есть статических «отпечатков памяти» в структуре мозга. Нейрофизика и нейробиология гордятся тем, что в ряде экспериментов на мышах были выявлены отдельные нейроны и синапсы (те самые энграммы), активация которых приводит к появлению правильных воспоминаний о реакции на раздражение определенных рецепторов даже при отсутствии сигналов с этих рецепторов. И наоборот блокировка этих энграммов ведет к потере памяти о раздражении рецепторов – например, о том, что было больно. Не самый, прямо скажем, яркий пример интенсивной интеллектуальной деятельности...

Где-то на таком вот уровне формулируются доказательства нейронно-энграммной парадигмы. На мой взгляд, они не доказывают ничего. Да, конечно, мозг, благодаря своей пластичности, подстраивается под окружающий мир. В момент эксперимента удалось уловить текущий результат такой подстройки. Может ли такое запоминание сохраниться на годы? Очень и очень сомнительно. Но вот если предположить, что нейронно-синаптическая структура формирует начальные условия для каких-то более глубинных процессов – например, активации (воспоминание) или формирования (запоминание) определенного конденсата дипольных волн... Сейчас за это ответственен один набор синапсов, завтра – немного другой, послезавтра – еще немного другой... При этом сам активируемый конденсат (определенный тип совместных колебаний дипольной матрицы мозга) остается тем же, фрагмент памяти устойчив. Можно представить, что какие-то нейронные группы в течение жизни будут наиболее важны для формирования/активации многих воспоминаний – и называть их «энграммами» – но они все равно будут постоянно подвергаться изменениям. Никак не получится сказать, что память хранится в них!

В общем, с точки зрения квантовой модели мозга, то, что почитается за «отпечатки памяти», на самом деле является оптимизацией начальных условий для запуска квантового механизма. Это «карта местности», результат адаптации мозговой ткани к насущному строю мыслей, к тем задачам разума, что имеют приоритет в данное время. Нейроны и синапсы пытаются обеспечить быстроту и четкость мышления, подстраиваясь анатомически под наиболее частые, интенсивные запоминания, воспоминания, размышления. Подстраиваясь, но не кодируя – синаптические связи лишь отражают, насколько мозг приспособлен, расторопен, умел. Чем чаще каждый конкретный мозг проходит через какую-то динамику, тем легче ему к ней вернуться – это и есть обучение, тренировка. Чем чаще размышляешь о чем-то, тем дольше это помнится, тем легче об этом думается. А чем легче думается, тем проще шагнуть к новым гипотезам и идеям... Память и мышление – это прерогатива тренированного мозга в отличие от нетренированного, а не мозга, «полного нейронных записей», в отличие от «пустого». А главное, воспоминания и мысли – это динамические процессы, варианты движения от состояния к состоянию, а не статические структуры!..

Это не моя оригинальная формулировка, об этом говорили и писали многие – в том числе и авторы квантовой модели мозга, упоминавшиеся выше.

И еще отмечу: эксперименты по «проверке» нейронно-энграммной парадигмы касаются исключительно примитивнейших фрагментов памяти, связанным с реакцией на раздражение рецепторов. Они не имеют отношения к более сложным когнитивным процессам. На мой взгляд, как-то трудно уловить связь между статическими структурами синапсов и формированием умозаключений – тем более, если эти умозаключения вовлекают сразу много различных воспоминаний... В общем, повторюсь: мышление и память – это динамические процессы, которые охватывают большую часть неокортекса и происходят на порядки быстрее, чем позволяет электрохимическое взаимодействие нейронов. Структурные «отпечатки», энграммы, лишь помогают этим процессам «запуститься».

Что касается другой фундаментальной проблемы, нелокальности памяти - то есть согласованной работы нейронов и их групп в больших областях мозга - с ней у официальной науки дело обстоит не лучше. Объяснения нелокальности у нее нет – хотя то, что удаленные группы «энграммов» как-то очень быстро коммуникируют, конечно же признается. В качестве способа таковой коммуникации чаще всего фигурируют два механизма: межнейронные потоки ионов через так называемые щелевые контакты (gap junctions), специализированные белковые каналы, позволяющие ионам и низкомолекулярным веществам свободно переходить из одной клетки в другую, минуя синапсы, и эфаптические связи (ephaptic coupling), прямые влияния электрических полей от ионных токов в нейронах на соседние нейроны. И сама же официальная наука признает, что эти «объяснения» ничего не объясняют – как первый, так и второй механизмы работают только на небольших расстояниях и для очень плотно упакованных нейронов. Кроме того, щелевые контакты встречаются далеко не у всех нейронов, а эфаптические связи очень чувствительны к микроокружению: расстояние между клетками, плотность ионных каналов и внеклеточная проводимость сильно влияют на их надежность. В общем, как и 60 лет назад, нелокальность памяти, которую естественным образом объясняет квантовая модель мозга, остается для нейронно-энграммного подхода неразрешимой мистерией.

Подведем итоги «взаимоотношений» официальной науки и квантовой модели мозга, дополненной гипотезой Ergo Mentis о внешнем поле как неотъемлемой компоненте человеческого разума:

- Факт невероятной упорядоченности живых систем признается и находится в фокусе внимания. Все чаще звучат слова о спонтанном нарушении симметрии как ее возможном механизме. При этом теории сложных систем с обратными связями пролили свет на многие аспекты самоорганизации живых организмов. На многие, но далеко не на все.

- Нейронно-энграммная парадигма, несмотря на огромные усилия и затраты, не очень-то прояснила механизмы работы памяти (и, особенно, мышления). Эксперименты подтвердили важность определенных нейронных групп – и это не противоречит идеям квантовой модели мозга. В соответствии с ними нейроны и их «перестрелка» очень важны – как спусковые крючки, инициирующие процессы на уровне квантового микромира.

- Мы по-прежнему не знаем, на что мозг расходует так много энергии. Скорее всего – на когнитивные процессы, обеспечивающие нашу разумность. Это выглядит вполне естественным, если сопоставить уникальную сложность человеческого мозга с уникальным феноменом человеческого сознания – включая осознание себя и своего места в мире. Логично предположить, что лишняя энергия должна тратится на что-то, связанное именно с этим. Ну а идея нового взаимодействия возникла оттого, что мы почему-то не можем объяснить перерасход энергии с помощью взаимодействий, которые мы знаем (в частности, электромагнитного). И «агенты» нового взаимодействия под рукой – их предоставляет квантовая модель мозга, если расширить набор симметрий, которые могут спонтанно нарушаться...

- Тут же отмечу: идеи о взаимодействии нашего мозга с внешним «полем» высказываются уже несколько тысячелетий. В разных формах, в разных формулировках, но по сути повторяя одно и то же. Мироздание «нашептывает» нам что-то. Мы запоминаем/записываем за ним. Попробуйте сказать творческому человеку (или, к примеру, продвинутому математику!), что это не так... Можно, конечно, огульно отрицать этот многовековой коллективный опыт ощущений. А можно пытаться предложить гипотезы – некую конкретику, основанную на непротиворечивой физике/математике, которой этот опыт может быть обусловлен... Тут уж как кому нравится.

- Ну и наконец, расширение квантовой модели мозга на всю нервную ткань выглядит логично – и многообещающе в смысле объяснения многих корреляций между различными системами организма. Как теоретические, так и экспериментальные работы на эту тему представлены в официальном научном поле.

В целом, я бы сказал, что концепции, формирующие квантовую модель мозга и пытающиеся пролить свет на загадки человеческого сознания, при всей их кажущейся фантастичности, вполне адекватно вписываются в современную научную мысль.