Kак мозг постигает причинно-следственные связи
Если вас замуровали в трехтысячелетней давности западне одного из внутренних залов пирамиды Рамзеса II, вам нужно найти способ выбраться оттуда, причем быстро — прежде чем на вас неотвратимо не обрушится череда острых шипов опускающегося потолка. Вы бешено снуете туда-сюда, затем начинаете толкать случайные кирпичи в стене в надежде на то, что один из них вдруг двинется, исследовать ладонью резной орнамент саркофага, насаживать золотую маску обратно на основание — и тут потолок внезапно замирает. Тяжело дыша, вы также замираете и думаете: это я сделал?
Мы все через это проходили. Конечно, чаще вы скорее случайным образом колошматите пальцем в кнопки новенькой, излишне навороченной микроволновки, после чего она внезапно оживает. Идет ли речь о спасении от неминуемой гибели или о микроволновой печи, чтобы знать, что X вызвало Y, мозг должен одновременно решить две задачи:
Задача идентификации себя как агента действия — субъектности: это я был?
Задача соотнесения (приписывания) заслуги: какое именно из всех только что совершенных мной действий обусловило Y?
Решить их дико непросто. Мы совершаем множество действий, и последствий у этих действий также множество. Но вокруг постоянно происходит больше штук, чем порождаем и провоцируем мы сами. То есть мозг должен обособить, выделить из этого непрерывного потока обстоятельств критически важный итог Y. Затем ему надо разобраться, мы ли обусловили такой итог, и это при том, что чувственную информацию об этом событии временами подвозят лишь спустя некоторое время после действий, которые могли ее предопределить. Судя по всему, вся эта история сводится к универсальному компоненту всех теорий, пытающихся объяснить работу мозга — дофамину.
У нас есть обстоятельная развернутая гипотеза о том, как нейроны приписывают субъектность (которую также определяют терминами «агентивность» или «агентность») и соотносят последствие с тем действием, которое его обусловило. Она опирается на два важных соображения. Во-первых, в мозге человека есть модель того, как устроен мир, и она постоянно строит прогнозы о том, что должно произойти. Если предсказания не оправдываются, это вызывает изумление — и оттого повлекшее за собой удивление событие выделяется из окружающего потока постоянных ожидаемых, предвычисленных событий.
Во-вторых, мозг отслеживает действия, которые человек только что совершил, и в случае какого-то явления или происшествия их можно связать с воспоминаниями о последних по времени действиях. Как только связь установлена, можно повторить действие и проверить, повлечет ли оно за собой такой же исход. Если да, то раз! — и у нас есть подтверждение причинно-следственной связи.
На сцену выходит наш давний друг дофамин. На первый взгляд, этот нейромедиатор может показаться самым неподходящим способом решить задачу наделения действия X причинностью в отношении исхода Y.
Дофамин выделяется в огромных количествах и сразу во многих областях мозга. В случаях, когда мозгу необходимо подобрать способ для выделения одной конкретной связи между множеством нейронов — скажем, только стыковку нейронов в отношении действия X и последствия Y, дофамин представляется чудовищно неэффективным вариантом.
Однако в действительности он очень ловок. Дофамин — сигнал оповещения. Он незамедлительно и одномоментно сообщает обширным участкам мозга следующее: «Снаружи только что произошло нечто крайне любопытное. Кто из вас, ребзя, готов это взять на себя?»
Он транслирует удивление. Удивление — это сбой в системе построения прогнозов вероятных последующих событий. Есть масса свидетельств того, что дофаминовые нейроны передают весть об ошибке в расчетах о поощрении (вознаграждении). Если мозг сообщает, что ничего поощрительного в ближайшее время не предвидится, после чего совершенно незнакомый человек вручает вам пончик, дофаминовые нейроны резко вспыхивают. Они передают остальной части мозга удивление в связи с тем, что неожиданно случилось нечто приятное. Они как бы твердят: «Не суть важно, чьих рук дело этот внезапный пончик, я жажду от вас повторения!»
Однако ошибки в прогнозах — это не только про вознаграждение или поощрение. Нам также известно, что дофаминовые нейроны еще сигнализируют об ошибках в предсказании неблагоприятных исходов и ситуаций, которых вы хотели бы избежать, — типа нажатия на кнопку, которая запускает в ванную комнату змей.
Так вот эти нейроны сообщают о неточностях в оценке того, сколько времени истекло с момента предыдущего эпизода (события). А еще оповещают о расхождении между тем, что вы намеревались петь, и тем, что вы по факту спели (о да, в среднем мозге промышляет музыкальный критик, а вы разве не знали?)
Все эти примеры того, как различного рода сбои, ошибки и погрешности вызывают кратковременный всплеск дофамина, можно замечательно отразить одним простым соображением — дофаминовые нейроны предупреждают о неожиданности, дают отмашку на удивление. И, что самое важное, этот короткий всплеск дофамина всегда происходит очень скоро после неожиданного события Y. Этот всплеск имеет временную отметку чего-то поразительного, которое творится прямо сейчас.
Итак, мозг обнаружил, что в мире случилась какая-то классная новая вещь, а дофамин доносит это до других зон мозга. Теперь мозг должен узнать, не является ли эта штука последствием каких-то ваших действий, после чего привязать такой итог к этому действию, укрепив связь между ними — и только ними.
Для этого мозгу нужно найти представление (репрезентацию) действий(-я), что имели место до представления итоговых последствий. Все-таки у причинно-следственной связи есть лишь одно направление. Маловероятно, чтобы особый ритуальный танец с кручением курицы, который вы исполнили после того, как включился свет, послужил причиной того, что включился свет. Гораздо вероятнее, что вы, по всей видимости, задели выключатель, вытанцовывая свой путь в комнату (свободной от курицы рукой задели, ясное дело).
Эта стремительная передача дофамина через мозг по сути нацелена на поиск следов действий, которые имели место непосредственно в самом недавнем прошлом. Когда электрический импульс нейрона проносится по основному отростку вперед для передачи сообщения всем запланированным нейронам, он запускает длительный процесс внутри нейрона, в рамках которого различные молекулы медленно меняют свою концентрацию — в особенности кальций. Кроме того, активность на всех входящих соединениях этого нейрона также оставляет после себя следы кальция на этих соединениях, помечая эту входящую связь как потенциально значимую для активирования нейрона.
Теперь дофамин появляется на связи между двумя нейронами. К примеру, один нейрон обусловил действие, оно что-то за собой повлекло, а входной сигнал этому нейрону от другого нейрона сообщает: «Я тут был».
Тогда соединение между этими двумя нейронами закодирует следующую информацию: «Совершите такое-то действие, когда тут есть я». Если нейрон «я тут был» только что вызвал срабатывание нейрона «совершите такое-то действие», значит внутри нейрона действия останутся следы кальция — один, указывающий на активность соединения, а второй — на то, что нейрон действия возбудился. Дофамин обеспечивает наращивание прочности связи между этими двумя нейронами только в случае наличия этих следов. Таким образом, модель «cовершите такое-то действие, когда тут есть я» закрепляется лишь в том случае, если два нейрона были активны в нужный момент.
Что еще более примечательно, судя по всему, мозг выстраивает причинно-следственную связь аккурат в соответствии с распорядком изменения каждой отдельной связи между нейронами. Связь между нейроном A и нейроном B, очевидно, учитывает порядок, в котором срабатывают нейрон A и нейрон B. Если нейрон A срабатывает незадолго до нейрона B, значит по логике он мог обусловить срабатывание нейрона B. Таким связям свойственно укрепляться.
А вот если нейрон A выстрелил вскоре после нейрона B, значит, он в принципе не мог обусловить срабатывание нейрона B. Такая связь, скорее всего, ослабнет. Если нейрон A активизируется задолго до или спустя много времени после нейрона B, сила связи не изменится. Воистину, складывается ощущение, что принципы изменения силы связей были выстроены специально для постижения причинной обусловленности.