Умный и сознающий. 4 миллиарда лет эволюции мозга

Майку Газзаниге,

моему наставнику и другу

Joseph LeDoux

THE DEEP HISTORY OF OURSELVES

The Four-Billion-Year Story of How We Got Conscious Brains

© Joseph LeDoux, 2019

© Перевод на русский язык. ООО «Издательство АСТ», 2022

Зарождающиеся формы жизни

Многоклеточные формы жизни

Предисловие

Незадолго до того, как взяться за написание этой книги, я прочитал «Смысл существования человека»^[1] Э. О. Уилсона, и мне так приглянулась его концепция компактных глав «одной идеи», что и свою книгу я решил построить по аналогичному принципу. Вот почему названия глав моей книги сформулированы в виде четких мыслей или размышлений; каждая из них – отдельный эпизод, освещающий узкую тему. Я стремился уместить объем главы в 500–1500 слов, и в большинстве случаев мне это даже удалось. Кроме того, я хотел, чтобы у меня, как и у Уилсона, получилась небольшая книга, но тут не все пошло по плану.

Главы книги сгруппированы по тематикам, поэтому если вы, скажем, ищете ответы на вопросы вроде «Как на нашей планете появилась жизнь?», «Как ведут себя бактерии?», «Как появилось половое размножение?», «Как из одноклеточных организмов появились многоклеточные?», «Как эволюционировали нервные системы?», «Какую роль в эволюции человека сыграли губки и медузы?», «Как развивалось мышление и чувства?» или «Что нам известно о сознании и мозге?», можете прочитать только отдельные интересующие вас главы. Тех же, кто прочитает книгу от корки до корки, ждет увлекательное восхождение на самую верхушку древа жизни, в процессе которого вы поймете, как способности древних микробов выживать связаны с нашими собственными, как в этом нам помогают мышление и органы чувств, как эта способность повлияла на наше прошлое и будущее и что ждет весь человеческий род.

Эта книга – четвертая написанная мной без соавторов. Когда я писал первую, то понял кое-что важное: чтобы понять, насколько хорошо ты разбираешься в том или ином вопросе, нужно написать о нем. Правда, с «Умным и сознающим» все было не так: я с первого дня знал, что если я хочу написать об истории жизни, мне придется провести большую исследовательскую работу, поэтому когда создавалась первая часть этой книги, я чувствовал себя скорее журналистом, пишущим о науке, чем рассуждающим о ней специалистом. Когда я понимал, что мне предстоит рассказать о том, в чем я мало смыслю, я обращался за помощью к специалистам (надеюсь, в достаточной степени). Даже когда я добрался до глав, в которых, я полагал, разбираюсь, мне нередко случалось восклицать «Ага!»: я понимал, что мне в первую очередь еще многое предстоит прояснить для самого себя, и вновь обращался за помощью к коллегам.

Большое спасибо всем, с кем я советовался, в том числе Тайлеру Волку (химия пребиотиков и первые формы жизни), Нику Лейну (происхождение жизни), Карлу Никласу (происхождение многоклеточных форм жизни, передача и выравнивание способности к выживанию и размножению), Саре Бафилд (разъединение зародышевой линии), Ральфу Гринспену и Такео Кацуки (поведение медуз), Иньяки Руз-Трилло (протозойные предки многоклеточных организмов), Линде Холланд (происхождение двусторонне-симметричных животных^[2]; дивергенция первичноротых и вторичноротых; дивергенция хордовых от других вторичноротых, а также позвоночных от других хордовых), Майе Адамске (физиология и поведение губок), Стену Гриллнеру (нервные системы первых позвоночных), Эрику Нестлеру (эпигенетика и поведение), Бетси Маррей (эволюция восприятия и системы памяти), Шарану Ранганату (восприятие и память), Сесилии Хейес и Томасу Саддендорфу (исключение теорий бессознательности до выдвижения идеи, что у людей и животных существует сознание), Натаниелю Доу (обдумывание), Мэриан Докинз (антропоморфизм), Лиз Романски, Хелен Барбас, Рузбе Киани и Тодду Пруссу (префронтальная кора), Хэквану Лау и Стиву Флеммингу (метакогнитивные и когнитивные способности), Карлу Фристону (предиктивное кодирование), Ричарду Брауну (философия мышления), Дэвиду Розенталю (теория мышления высшего порядка сознания) и Кристофу Менанту (самоидентичность, сознание и зло).

Я хотел, чтобы визуальное оформление книги не уступало вербальному повествованию. Когда я рассказал об этом своей подруге, художнику Хайде Фаснахт, она сказала, что у нее есть талантливый ученик; может, он мне подойдет. Работы Чао да Сильвы Соррентино так мне понравились, что как только он показал мне наброски, созданные на основе написанного к тому моменту текста, я сразу же согласился. С одной стороны, Чао удалось найти идеальное визуальное воплощение того, о чем я пишу, с другой – его иллюстрации невероятно похожи на рисунки из книг по биологии конца XIX века (он даже подписи сделал вручную). Безусловно, Чао – талантливый иллюстратор, мне очень понравилось с ним работать. Его вклад значительно обогатил мой труд.

Когда я писал свою предыдущую книгу – «Тревожные», – моя жена, Нэнси Принсенталь, писала свою – о художнице Агнес Мартин^[3]; впоследствии эта книга получила премию PEN как лучшее биографическое произведение. Свои работы мы начали и закончили практически в одно и то же время – и при этом даже не развелись. Не развелись мы и после того, как написали еще по книге: я – «Умный и сознающий», а жена – монографию о сексуальном насилии в искусстве 1970-х. Свою книгу я не закончил бы никогда, если бы она не поддерживала меня морально и не редактировала те части, которые давались мне с особым трудом. Нередко за ужином наш сын Майло Леду, юрист рынка капиталов, подкидывал мне идеи, которые сейчас владеют умами молодежи. Например, однажды, когда я сказал, что поведение людей нередко управляется бессознательным, он съязвил: «Как будто сидишь за рулем Tesla». В этой книге я пару раз ссылаюсь на него.

Рик Кот, мой хороший друг и по совместительству редактор издательства Viking, подгонял меня и присматривал за мной, пока я писал три последние книги. Он помог мне определиться с формой для каждой из них и причесывал мои тексты, когда я начинал писать уж очень витиевато. Лучшего издателя, чем Viking, и желать нельзя: каждый сотрудник оказал мне огромную помощь с публикацией этой и предыдущих книг. В работе над этим произведением особо отмечу Норму Баксдейл, Кэти Хёрли, Клэр Ваккаро и Кэсси Гарруззо.

Спасибо моему агенту – Катинке Мэтсон из компании Brockman Inc. Она поддерживала меня, пока я писал все свои четыре книги, делала такие предложения издательствам, от которых последние не могли отказаться, и постоянно наставляла меня на путь истинный.

Университет Нью-Йорка – моя главная научная база с 1989 года. Весь университет и мой родной факультет – Центр нейробиологии – поддерживают меня на этом пути, дают возможность строить научную карьеру, параллельно работая над книгами и в каком-то смысле даже сочиняя музыку.

Вот уже почти два десятилетия Уильям Ченг ведет мои дела в Университете Нью-Йорка. Именно он приводит в порядок тексты и иллюстрации и помогает везде, где требуется. Клаудия Фарб и Миан Хоу, также давно работающие в университете, помогли мне подобрать нужные слова. Благодарю всех студентов, аспирантов, кандидатов наук, приглашенных профессоров и ученых, которые помогали мне в исследованиях.

В заключение хочу поблагодарить всех, кто играл и играет в группе Amygdaloids, за дружбу, совместное музыкальное творчество и интеллектуальную стимуляцию – Тайлера Волка, Дэниеллу Шиллер, Нину Кёрли, Джеральда Макколлума, Амманду Торп и Колина Демпси. Мы потрясные ученые.

Пролог
Зачем же?

Когда я рассказал приятельнице о том, что пишу книгу об истории жизни, она спросила: «Зачем ты взялся за эту тему?» Она знала, что бо́льшую часть своей научной карьеры я посвятил изучению цепей в мозге, лежащих в основе поведенческих реакций крыс на опасность, и поиску ответа на вопрос о том, как эта информация помогает нам понять хотя бы отдельные аспекты человеческих эмоций, особенно таких, как страх и тревога.

Отчасти ответом на вопрос моей приятельницы может служить утверждение, что если мы действительно хотим понять человеческую природу, нам придется разобраться в истории эволюции. Как однажды заметил биолог Феодосий Добржанский, в биологии вообще все бессмысленно, кроме эволюции. Это утверждение справедливо и в отношении поведения.

Мысль о том, что поведение и эволюция взаимосвязаны, не нова: ее высказывал еще Дарвин, а также основоположники этологии – Николас Тинберген и Конрад Лоренц. А вот доминировавшие в физиологии первой половины XX века бихевиористы на эволюцию обращали мало внимания. Для современных психологов и нейробиологов это утверждение – ключевой фактор.

Обычно попытки понять эволюцию поведения (особенно если их предпринимают нейробиологи) сводятся к отношениям между тесно связанными группами – такими, как люди и другие млекопитающие, – и на то, безусловно, есть причины. Так, например, если мозг контролирует поведение, исследование развития мозга у представителей таких групп позволяет объяснить эволюцию их (а также нашего) поведенческого спектра. Однако существуют причины заглянуть еще глубже. Исследования, в ходе которых сравнивают млекопитающих (зачастую грызунов) и беспозвоночных (таких, как мухи и черви), доказывают наличие такой связи и помогают понять, как у нас работает память. В этой книге я решил пойти еще дальше, то есть забраться очень глубоко, до момента возникновения жизни, и даже углубиться в предшествовавший ему период – так называемое добиологическое химическое состояние Земли, благодаря которому появилась биология как таковая и все живое.

Эволюция мозга и поведения меня так или иначе интересовала всегда, но заняться этой темой серьезно не получалось до 2009 года – мне тогда дали академический отпуск, который я провел в Кембридже, где подружился с нейробиологом Сетом Грантом. Мы с Сетом познакомились еще в Колумбийском университете, где после защиты докторской он работал в лаборатории нобелевского лауреата Эрика Кандела. Там Грант начал исследовать эволюцию генов, участвующих в синаптической пластичности. Эта работа была призвана объяснить принципы биологических механизмов обучения и запоминания; ее Грант продолжил в Кембридже.

Сет обнаружил параллели в связанных с пластичностью генах грызунов и морских слизней и предположил, что и те и другие унаследовали способность к обучению от общего предка, жившего миллионы лет назад. Но что еще интереснее, некоторые из этих генов есть даже у одноклеточных простейших, и это очень важно: получается, у животных и современных одноклеточных был общий простейший предок, обитавший миллиарды лет назад. Значит, и в нашей нервной системе есть ответственные за обучение гены, которые могли достаться нам от таких микробных предков.

Если вы понимаете, что такое простейшие, возможно, эти выводы заставят вас призадуматься. Большинство из тех, кто вообще размышляет о поведении или изучает его, считают его продуктом нервной системы, но простейшие – это одноклеточные организмы, у которых нет нервной системы, потому что для нее нужны специальные клетки – нервные, – а у них всего одна многофункциональная клетка. Несмотря на это, простейшие демонстрируют совершенно разнообразное поведение: уплывают от вредных химикатов и стремятся к полезным, используют полученный в прошлом опыт, чтобы реагировать на то, что с ними происходит в настоящем, подразумевая наличие способности к обучению и запоминанию. Логично предположить, что для поведения, обучения и запоминания нервная система на самом деле не нужна.

Для меня этот вывод стал настоящим откровением, и я провел небольшое исследование, чтобы выяснить, что нам известно о поведенческих возможностях одноклеточных организмов. Выяснилось, что они не только умеют избегать опасности и стремиться к питательным веществам, но также способны приближаться к химическим веществам и солнечному свету или отдаляться от них, чтобы регулировать баланс жидкостей и температуры внутри клетки относительно окружающей среды. Простейшие даже демонстрируют брачное поведение – секс – с целью воспроизводства себе подобных.

Простейшие – относительно новые одноклеточные организмы: они появились примерно два миллиарда лет назад и, по всей вероятности, развились из других известных нам одноклеточных существ – бактерий, старейших живых организмов, которые появились примерно 3,5 миллиарда лет назад. Бактерии демонстрируют многие виды поведения, наблюдаемые у простейших, но у них поведение появилось раньше. Бактерии приближаются к полезным веществам, существующим в их мире, и отдаляются от вредных; кроме того, они даже способны запоминать, что в их мире полезно, а что вредно. Правда, брачного поведения у них нет, поскольку они размножаются делением. Секс – предмет поведенческой гордости произошедших от бактерий эукариотов, включающих в себя и простейших, и животных.

Когда животные замирают или спасаются, чтобы защититься, питаются и пьют, чтобы зарядиться энергией и поддержать жидкостный баланс, демонстрируют брачное поведение, чтобы спариться, ученые и обыватели часто описывают такую их деятельность как выражение подспудных психологических состояний – такого осознаваемого опыта, как страх, голод, жажда и сексуальное удовлетворение. Поступая так, мы успешно проецируем наш собственный опыт на другие организмы, но древность этих поведенческих схем и тот факт, что они появились задолго до нервной системы, возможно, заставляют нас задуматься, прежде чем делать такие субъективные выводы.

В этой книге я высказываю мнение о том, что у схем поведения, способствующего выживанию, существуют глубокие корни, сформировавшиеся в момент появления всего живого. Позже у животных появились нейроны и схемы, благодаря чему их поведение стало целенаправленным и эффективным. Независимо от того, состоят живые организмы всего из одной клетки или из миллиардов клеток, стремясь к выживанию и благополучию, все они повторяют одни и те же схемы деятельности.

Когда эти схемы направленного на выживание поведения воспроизводят люди, они осознанно испытывают чувства, поэтому нам кажется, что эти чувства и поведение неизбежно связаны между собой и что чувства порождают поведение. Поскольку близкие к нам животные (например, другие млекопитающие) ведут себя так же, как и мы, в ситуациях, когда стоит вопрос об их выживании, и схемы, контролирующие такое поведение, у нас с ними одинаковые, мы предполагаем, что их поведение тоже управляется чувствами.

Но я представлю доказательства, опровергающие эту логику. Существуют достоверные свидетельства того, что поведение людей и животных, отвечающее за выживание, управляется одними и теми же системами мозга, однако в действительности это совсем не те системы, которые отвечают за осознанные чувства, возникающие у нас, когда мы демонстрируем такое поведение. Поведение и чувства возникают одновременно, но не потому, что чувства управляют поведением, а потому, что их системы реагируют на одни и те же стимулы.

Таким образом, у поведения, направленного на выживание, очень древние корни, единые для всех, но те переживания, которые люди называют осознанными чувствами, – то есть эмоции, – я считаю, появились гораздо позже и, возможно, в результате эволюционных изменений, произошедших только с людьми несколько миллионов лет назад. Как следствие, у нас появились язык, культура и сознательное восприятие нашего вида. Многим эта мысль наверняка покажется противоречивой, поскольку выходит, что у животных нет осознанного восприятия, но я надеюсь на то, что даже те, кто скептически относится к такому взгляду на сознание, смогут меня выслушать.

На самом деле я вовсе не отрицаю наличия у животных осознанных впечатлений. Я лишь утверждаю, что те впечатления, которые получают животные, скорее всего, существенно отличаются от наших, поскольку у каждого вида мозг устроен по-своему. Учитывая, что человек обладает нейронными контурами с такими уникальными свойствами, которые не встречаются ни у каких других животных, даже у приматов, и эти контуры являются потенциально важными для тех видов осознанных впечатлений, которые у нас формируются, следует с осторожностью переносить свойственные человеку осознанные впечатления на других существ. Когда я говорю, что у животных нет таких впечатлений, как у нас, я не утверждаю, что у них вообще нет никаких впечатлений. Например, они не страдают так, как мы, но это не значит, что они не страдают вовсе. Хотя с научной точки зрения определить наличие сознания у других животных чрезвычайно трудно, в конце книги я поразмышляю о том, какие осознанные впечатления могут сформироваться у нечеловекообразных приматов и млекопитающих не-приматов, учитывая строение мозга, свойственное каждой из этих групп.

Если признать, что нейронные контуры, контролирующие ведущее к выживанию поведение, отличаются от тех, которые формируют наши эмоции и другие осознанные впечатления, мы сможем переосмыслить связь с истоками жизни на Земле. Мы похожи на вид, от которого произошли, как и все другие виды живых существ, но, с другой стороны, мы по определению отличны от него. Для того чтобы в полной мере осознать эти различия, нужно стремиться с максимальной точностью определять их так же, как и сходства, и делать выводы, опираясь на знания, а не на интуицию.

Хотя о древней биологии выживания я размышлял с 2009 года, первая публикация на эту тему у меня появилась лишь в 2012 году – статья под заголовком «Переосмысливая эмоциональный мозг». С тех пор я разрабатываю свою мысль в других статьях и лекциях. «История мозга» обобщает и расширяет возникшие у меня идеи, позже сформировавшие всеобъемлющее понимание того, кто мы такие. В этой книге я рассмотрю жизнь от самых ее истоков – первобытных микробов – до возникновения у нас способности осознанно воспринимать свое существование, мыслить, помнить и чувствовать.

Часть I
Наше место в природе

Глава 1
Глубокие корни

«Мы – это наш мозг». Это утверждение одни считают неоспоримым, а другие – надуманным. Ясно одно: суть каждого из нас зависит от нашего мозга. Мозг – это наша способность мыслить, радоваться и грустить, общаться посредством речи, переосмысливать то, что с нами происходит, предполагать, планировать и беспокоиться о нашем воображаемом будущем.

История эволюции человеческого мозга (рисунок 1.1) обычно преподносится с учетом относительно близких к нам животных, особенно млекопитающих и других позвоночных. Мы часто слышим о том, что нервная система людей способна формировать более сложные поведенческие и когнитивные механизмы, чем были у наших предков-приматов, мозг которых отличался от мозга других млекопитающих. Еще говорят о том, что предками млекопитающих были рептилии, мозг млекопитающих развился из мозга рептилий, а предками рептилий и амфибий были рыбы, которые, в свою очередь, произошли от беспозвоночных.

Рисунок 1.1. Эволюция людей от позвоночных предков

Разбираясь в физиологических функциях других позвоночных, можно понять, как человеческий мозг стал таким, каким мы его видим сегодня, и какое влияние оказывает мозг на нашу психологическую сущность – ядро нашей личности, включая те черты, которые нам в самих себе нравятся, и те, которых мы предпочли бы не иметь. Правда, я думаю, что эта общепринятая стратегия не может дать ответы на все вопросы. Представьте, что вы пытаетесь понять всю историю цифровых вычислительных машин, ограничиваясь только первыми устройствами, которые с коммерческой точки зрения аналогичны сегодняшним компьютерам, – персональными компьютерами конца 1970-х годов марок Commodore, Apple и IBM. На самом деле суть цифрового вычисления была известна задолго до появления этих устройств. Поэтому если вы будете выяснять, как работают современные компьютеры, вам придется тщательно изучить эти устройства и их непосредственных предшественников, но если вас интересует, почему компьютеры сегодня такие, какие есть, и почему они работают именно так, вам придется углубиться в историю их создания и их эволюцию начиная с аналоговых процессоров, включая даже неэлектронные устройства (например, счеты).

Аналогично истории компьютеров, если вы хотите понять сложные физиологические функции нашего мозга, придется отправиться в долгое – очень долгое – путешествие вглубь истории жизни. Когнитивные и поведенческие способности нашего мозга не очевидны, как не видны глубокие корни дерева; чтобы увидеть их, нам придется заглянуть очень глубоко – туда, где остались другие млекопитающие, позвоночные и даже наши общие беспозвоночные предки, туда, где существовали только древние одноклеточные микроорганизмы, первые живые существа на Земле^[4].

Но зачем же заглядывать в такие дебри, ведь мы всего лишь хотим понять, как сформировался человеческий мозг с его функциями? У одноклеточных организмов – таких, как бактерии – даже нервной системы нет, что уж говорить о мозге. Если мы хотим понять, как устроен человеческий мозг, почему нельзя сосредоточиться только на изучении тех животных, у которых есть мозг или по крайней мере нервная система? Ключевой аргумент этой книги изложен в прологе: необходимые для выживания требования были с успехом соблюдены еще первыми живыми организмами миллиарды лет назад, и эту свою способность они передали всем своим потомкам.

По мере эволюции появились многоклеточные организмы, которым стало сложнее контролировать свою поведенческую деятельность в борьбе за выживание. Требовалось скоординировать клетки, расположенные в разных частях тела, что сначала привело к распределению клеток нервной системы по всему телу (как у полипов, медуз и подобных им существ), а позже – к появлению нервных систем с единым центром управления, то есть мозгом.

Таким образом те характерные для клеток черты, которые позволили первым примитивным организмам выживать и размножаться, продолжили свое существование и составили основу всего живого в том виде, в котором мы его знаем (см. рисунок на форзаце). Я не ставлю своей целью проследить биологическую взаимосвязанность населяющих Землю организмов: это предпринималось уже много раз; я лишь хочу показать, что корни того поведения, которое мы по привычке называем обыденной жизнью, гораздо древнее, чем принято думать.

В отличие от общепринятого представления, поведение не является инструментом мышления. Безусловно, человеческое поведение отражает осознанные намерения, желания и страхи, однако, углубившись в историю поведения, мы вынуждены будем признать, что оно прежде всего является инструментом выживания, причем выживания как отдельной клетки, так и более сложных организмов, способных сознательно контролировать некоторые из своих действий. Связь поведения с психической жизнью, как и сама психическая жизнь, с точки зрения эволюции второстепенна.

Чтобы досконально разобраться в вопросе о том, как мозг сделал нас теми, кем мы являемся сегодня, нужно понять те стратегии выживания, которые были встроены в древние одноклеточные организмы, сохранились в примитивных многоклеточных формах жизни и были унаследованы специальными клетками под названием «нейроны», когда у древних беспозвоночных появились нервные системы. Эти стратегии сохранились в древних системах беспозвоночных предков позвоночных организмов, ими ежедневно успешно пользуются люди и другие животные, независимо от того, просто устроено их тело или сложно.

Только изучая естественную историю жизни на Земле, мы сможем понять, какие уникальные черты постепенно добавлялись живым организмам в ходе эволюции, в итоге приведя к формированию нашего мозга со всеми его функциями. Это не значит, что человеческое поведение постижимо сквозь призму древних реакций, направленных на выживание, но позволяет четче определить, какие аспекты человеческого поведения связаны с процессами, унаследованными нами от других организмов, а какие являются уникальными.