Искаженное ощущение времени, разделяемое многими, может показаться одним из проявлений эмпатии; более того, прочувствовать, как ощущает ход времени другой человек, можно лишь в том случае, если удастся влезть в его кожу. Мы успешно имитируем чужие жесты и эмоции; как показали исследования, мы более склонны подражать людям, с которыми идентифицируемся и в обществе которых нам приятно находиться. Опыты Друа-Воле с галереями лиц подтвердили этот вывод: участникам эксперимента казалось, что изображения пожилых лиц задерживались на экране дольше, чем лица молодых людей, но только в тех случаях, когда демонстрировался портрет человека того же пола. Если мужчине показывали лицо пожилой женщины, а женщине – лицо пожилого мужчины, временных иллюзий не возникало. Подобный эффект наблюдался во время опытов с портретами представителей разных этнических групп: демонстрация рассерженных лиц представляется участникам экспериментов более длительной, чем при показе лиц с нейтральной мимикой, однако вероятность появления иллюзии выше и искажение восприятия времени выражено сильнее в тех случаях, когда демонстрировалось лицо представителя того же этноса. Кроме того, Друа-Воле выяснила, что иллюзия более продолжительной демонстрации рассерженных лиц чаще наблюдается у людей, показавших наивысшие результаты при прохождении стандартного теста на способность к эмпатии. Мы постоянно абстрагируемся от собственных ощущений, примеряя на себя чувства других людей, но иногда мы отождествляем себя даже с неодушевленными предметами, будь то лица или руки, изображения лиц и рук или другие образные обозначения наподобие балетных скульптур Дега. В статье, подводящей итоги экспериментов с демонстрациями статуй балерин Дега на мониторе компьютера, Друа-Воле и ее соавторы утверждают, что причина иллюзорного удлинения показа динамических скульптур и ответного нарастания физиологического возбуждения объясняется тем, что «процесс восприятия подразумевает повторение движений, выполнение которых требует больших усилий и, как следствие, более высокого уровня возбуждения». Вероятно, именно такого эффекта и добивался скульптор: от статуй исходит призыв к движению такой невероятной силы, что даже самый неуклюжий зритель не устоит перед соблазном и вступит в танец. Теперь перед моим взглядом предстает скульптурная фигура балерины, склонившейся вперед на одной ноге, и где-то в глубине души закрадывается едва уловимое, но тем не менее неотчуждаемое чувство, будто я нахожусь с ней рядом, исполняя арабеск в уме. Мои грациозные движения застывают в бронзе, и в тот момент, когда мой пристальный взгляд падает на статую, само время склоняется передо мной. Эмоциональные лица, движения тел, скульптуры атлетов и тому подобные образы могут спровоцировать искажение ощущения времени, и это явление отчасти объясняется посредством психологического моделирования, к примеру при помощи модели тактового генератора-аккумулятора. Тем не менее у Друа-Воле осталось несколько нерешенных вопросов, которые ее порядком озадачивают. Очевидно, жизненный опыт подсказывает, что должен существовать какой-то механизм, который задает нашей жизни ритм и ведет учет краткосрочных промежутков времени, но при этом легко выводится из строя при малейшем эмоциональном потрясении. Тогда зачем нам такие ненадежные часы? Возможно, проблему следует рассматривать в ином ключе, предполагает Друа-Воле. Дело не в том, что наши внутренние часы идут со скрипом; напротив, они превосходно приспосабливаются к постоянным изменениям в нашем общественном окружении и эмоциональном состоянии, помогая нам ориентироваться в повседневной жизни. Восприятие времени с учетом социального контекста не может оставаться моим личным делом, равно как и не может следовать какому-то одному образцу, наполняя социальное взаимодействие множеством оттенков. «По этой причине не существует единого и однородного времени, зато есть множество различных способов переживания времени, – замечает Друа-Воле в одной из публикаций. – Иллюзии искажения времени, которые мы испытываем, непосредственно отображают стратегии адаптации мозга и организма в целом к многообразию времени». Далее исследовательница цитирует Анри Бергсона: «On doit mettre de côte le temps unique, seuls comptent les temps multiples, ceux de l’expérience» («Мы должны отбросить идею единого времени; все сводится к тому, что время принимает множество форм, составляющих суть чувственного опыта»). Едва уловимые знаки, которыми мы обмениваемся во время общения, – взгляды, улыбки, нахмуренные брови – приобретают особую значимость благодаря способности к синхронной демонстрации, отмечает Друа-Воле. Мы искажаем время, примериваясь к чужому ритму жизни, и многие иллюзии временного восприятия служат индикаторами эмпатии. Чем явственнее я представляю себе ваши телесные ощущения и душевное состояние, а вы – мои, тем успешнее мы оба распознаем угрозу и родство, потенциальных друзей и людей, нуждающихся в помощи. Между тем эмпатия устроена довольно сложно, и овладение ею выступает верной приметой психологической зрелости; не исключено, что освоение навыков искажения времени в унисон с окружающими выступает одним из важных принципов взросления. Возможно, мы рождаемся в одиночестве, но детство заканчивается симфонией синхронизированных часов, когда мы всецело отдаемся заражению времени. * * * Когда Мэтью Мэтеллу случается освещать результаты своих исследований в публичных докладах, он начинает свою речь с показа одного и того же слайда. На экране появляется напечатанное предложение, которое ученый зачитывает вслух: «Определение длительности интервалов времени так глубоко укоренилось в механизмах непосредственного восприятия, что нам, возможно, трудно даже представить, как бы функционировало наше сознание без расчета времени». Произнеся половину предложения, сразу после слов «возможно, трудно», Мэтелл внезапно замолкает и держит паузу, выжидая несколько секунд, причем каждая секунда ожидания неуклюже повисает в воздухе. Публика начинает беспокойно ерзать: «Что случилось? Он что, боится сцены?» – и докладчик наконец-то доводит фразу до конца. «Я проделал то же самое, когда устраивался на работу в Вилланова, – сообщил Мэтелл. – Потом подошел мой спонсор и сказал, что я заставил его беспокоиться, так как он подумал, что я совсем растерялся». Тем не менее реакция аудитории наглядно подтверждает точку зрения Мэтелла: мы так тесно сроднились с мыслью о непрерывном течении времени от мгновения до мгновения, что почти не задумываемся об этом до тех пор, пока наши ожидания не оказываются обмануты. «Вы не замеряете продолжительность моей речи нарочно, – объяснил Мэтелл. – Но стоит ей прерваться, вы неожиданно ловите себя на том, что до сих пор вы только тем и занимались, что отмеряли длительность различных интервалов времени». В былые годы преподаватели-консультанты Мэтелла пытались отговорить его от изучения времени: к чему забивать себе голову темой, от которой попахивает эзотерикой? «Они не видели за деревьями леса, – сказал мне Мэтелл. – Расчет времени так тесно переплетен со всеми нашими делами, что без этого не обходится ни одно ощущение». Мэтелл – специалист по нейробиологии поведения в Университете Вилланова, расположенного в окрестностях Филадельфии. Когда ученый сообщает новому знакомому, что занимается исследованием восприятия времени, ему нередко досаждают банальными вопросами. Почему по утрам я всегда просыпаюсь в одно и то же время без будильника? Почему я всегда устаю, когда вторая половина дня близится к середине? Эти вопросы следует задавать хронобиологам. Мэтелл изучает синхронизацию временных интервалов – механизм, отвечающий за способность мозга к планированию, оценке обстановки и принятию решений в течение коротких отрезков времени – продолжительностью примерно от секунды до нескольких минут. ЕДВА УЛОВИМЫЕ ЗНАКИ, КОТОРЫМИ МЫ ОБМЕНИВАЕМСЯ ВО ВРЕМЯ ОБЩЕНИЯ, ПРИОБРЕТАЮТ ОСОБУЮ ЗНАЧИМОСТЬ БЛАГОДАРЯ СПОСОБНОСТИ К СИНХРОННОЙ ДЕМОНСТРАЦИИ Но какова природа механизма синхронизации? Содержит ли мозг центральный таймер для определения длительности временных промежутков наподобие эталонных циркадных часов супрахиазматического ядра? Существует ли распределенная сеть часов, подключающихся к ней по мере поступления новых задач? В течение тридцати лет модель тактового генератора-аккумулятора считалась надежным основанием для проведения опытов с восприятием времени; бесспорно, манипулировать нашими суждениями о длительности временных промежутков так же легко, как и восприятием яркости или звука, – эффект столь же предсказуем. Но при этом у исследователей всегда был в ходу эвристический прием: представьте себе часы вроде тех, которые обычно рисуют на салфетке, а потом ответьте на вопрос: где найти для них место среди трехфунтового[57] сообщества нейронов? «Внутренний таймер существует в виде концепции, – однажды сообщил мне Уэарден. – Также он существует в математическом выражении и служит отправной точкой для активизации научного поиска и разъяснения результатов исследовательской деятельности. Однако до сих пор неизвестно, существует ли такого рода механизм в физическом смысле – это еще предстоит установить». Вот Мэтелл и пытается это выяснить. Я нашел кабинет Мэтелла в верхнем углу старого здания университетского кампуса Вилланова, преодолев четыре пролета мраморных ступеней с закругленными углами, отполированными временем. Занятия недавно прекратились в связи с началом летних каникул, и коридоры, застеленные линолеумом, полностью опустели. В объятиях тишины все казалось непривычно огромным, и мне подумалось, что я снова нахожусь в начальной школе, а может быть, забрался еще дальше в прошлое и теперь пробираюсь наугад сквозь закоулки памяти. За левым поворотом вестибюль сузился и внезапно оборвался, оставив позади еще несколько дверей. Я обратился за помощью к прохожим и узнал, что дверь, которую я принял за выход, на самом деле вела в тупик, обернувшийся лабиринтом офисных и лабораторных помещений. Вскоре появился Мэтелл в футболке, шортах и походных сникерах и энергично меня поприветствовал. Он как раз направлялся в секцию лаборатории, которую называл крысиной комнатой, предусмотрительно надев пару голубых эластичных перчаток. Вследствие многолетнего ухода за крысами кожа его рук приобрела склонность к аллергическим реакциям, а студент выпускного курса, обычно присматривающий за крысами, в тот день отсутствовал. Мэтелл говорил быстро, но приветливо, и чем дольше он говорил, тем шире раскрывались его глаза. Как-то он заметил: «Наука сочиняет разные истории, а потом проверяет, насколько они убедительны». Первые сто лет исследования восприятия времени сосредоточивались преимущественно на когнитивных аспектах. Ученых интересовало, какова реакция различных индивидуумов – людей и животных – на предъявление раздражителя (яркой вспышки, разгневанных лиц или скульптур Дега) и при каких обстоятельствах реакция может измениться (употребление кокаина, падение с тридцатиметровой высоты или езда на велосипеде в резервуаре с водой). При этом все больше исследователей заботит, каким образом и в каких участках мозга осуществляются вышеупомянутые реакции. Путем введения микротаргетных препаратов можно отключить или активировать отдельные кластеры нейронов, выясняя, какую роль они играют в восприятии времени. Средства визуализации мозговых структур показывают, какие группы нейронов задействованы при выполнении задач, требующих расчета времени. Психология восприятия времени дала импульс развитию нейронауки о времени. Предпринимая дерзкие попытки забраться в наши головы, Мэтелл и другие исследователи покушаются на главную загадку человеческой природы: как трехфунтовая масса нервных клеток ухитряется генерировать воспоминания, мысли и чувства, которые мы ассоциируем с собственной личностью? Как из плоти создается программное обеспечение? Один исследователь сказал мне, что каждый из нас в некотором отношении нейробиолог, так как нам всем почти ничего не известно о том, как человеческий мозг порождает человеческое сознание. «Мозг функционирует подобно корпорации, – сообщил Мэтелл. – Множество звеньев одной цепи выполняют определенные задачи в рамках своей компетенции; возможно, присутствует некоторая доля директивного управления. Каждая ячейка занята своим делом; в ее состав входят отдельные единицы, – ученый говорил о нейронах, – и для каждой из них находится работа. Я часто провожу аналогии между нейронами и людьми. И те и другие представляют собой сборные агрегаты по обработке информации в миниатюре. В каком-то смысле нейроны функционируют как автоматы. Главный вопрос состоит в том, как физиологические системы, такие как мозги, состоящие из нейронов, создают психологические феномены, например сознание? Нам приятно думать, будто мы наделены свободной волей, но я не думаю, что можно всерьез верить в это и оставаться нейробиологом, иначе получается, будто наше поведение определяется не мозгом, а какими-то сторонними факторами». Человеческий мозг представляет собой сложное устройство, вмещающее сотни миллиардов нейронов. Нейрон напоминает провод под напряжением: он передает информацию в виде электрохимических импульсов от одного конца отростка к другому, причем, как правило, только в одном направлении. Некоторые нейроны довольно крупные – взять, к примеру, седалищный нерв, который проходит от основания позвоночника к большим пальцам ног и достигает 90 сантиметров в длину. Большинство нервных клеток имеют микроскопические размеры и вдобавок исключительно тонки и тесно примыкают друг к другу; в отрезке, равном по длине заключительному фрагменту этого предложения, может разместиться от десяти до пятидесяти нейронов. В структуре нейрона выделяют конец, предназначенный для приема импульсов и состоящий из ветвящихся дендритов, которые выглядят как корни дерева под микроскопом; продолговатое тело нервной клетки, или аксон, вдоль которого распространяется сигнал; и разветвленное нервное окончание, передающее нервный импульс следующему нейрону. Типовой нейрон принимает входящие данные от десятка тысяч нервных клеток восходящего направления, передавая их меньшему количеству нейронов нисходящих нервных путей. Обычно нейроны не соприкасаются друг с другом напрямую; сообщение нервных клеток осуществляется через крошечные щели, которые называются синапсами. Возбуждение нервных окончаний входящим сигналом инициирует выработку нейромедиаторов, которые пересекают синаптическую щель и прикрепляются к дендритам близлежащих нейронов подобно тому, как ключи подходят к замочным скважинам из одного набора. Прием одиночного импульса исключительной силы побуждает нейрон к генерации собственного сигнала, который также передается в нисходящем направлении. Нейрон может находиться в двух состояниях – возбужденном и невозбужденном. Потенциал действия возбужденного нейрона всегда остается неизменным; изменяется только частота передачи. Сильные раздражители, к примеру яркая световая вспышка, индуцируют более высокую скорость передачи импульсов, чем слабые раздражители, следовательно, нейроны, приведенные в возбужденное состояние сильными раздражителями, чаще выступают в роли источников возбуждения для нисходящих нейронов. Так что даже в масштабе клеток время, измеряемое количеством импульсов, принятых за единицу времени, по-прежнему играет важную роль. Иногда нейробиологи называют нейроны детекторами совпадений. Нейрон постоянно получает малые толики возбуждающих импульсов – исходные параметры входящих сигналов от вышерасположенных нейронов. Однако нервная клетка готова прийти в возбужденное состояние только после того, как капля превратится в поток, то есть приняв большое количество импульсов одновременно. Тут вам, вероятно, захочется уточнить, что значит «одновременно» в данном масштабе; что такое «сейчас» в представлении нейрона? Клетка мозга функционирует на манер водяных часов. Нейромедиаторы восходящих синапсов прикрепляются к мембране нейрона, изменяя конформацию канального белка и впуская ионы в цитоплазму. Обычно внутрь клетки попадают ионы калия, несущие слабый положительный заряд, в результате чего начинается процесс деполяризации нейрона. Когда уровень деполяризации достигнет критической отметки, нейрон приходит в возбужденное состояние; чем быстрее поступают входящие сигналы, тем быстрее поднимается волна ионов. Однако в водяных часах есть дыры: ионы просачиваются через поры в клеточных мембранах, что увеличивает число ионов, одновременно выталкиваемых наружу клеточным насосом. «Процесс возбуждения легко моделируется с помощью надтреснутого винного бокала на тонкой ножке и кошерного вина марки Manischewitz, – сообщил мне один ученый. – Если быстро влить в бокал достаточное количество вина, ножка треснет, а в противном случае вы отделаетесь парой капель на скатерти». Тем не менее «сейчас» длится довольно долго, если судить по времени, за которое подступающая волна ионов обгоняет наличествующий поток. Динамичное временное окно в значительной степени контролируется клеткой. Ионные насосы нейронов могут работать быстрее или медленнее, а число ионных каналов на клеточной мембране определяется ДНК нейрона. Кроме того, нейрон дифференцирует по приоритетности нервные импульсы, поступающие по восходящим путям: сигнал, поступающий от отдаленных нейронов, по дендритам, затухает быстрее во время прохождения по аксону; по этой причине их вклад в возбуждение, вероятно, менее значим. «Нейроны представляются мне одиночными вычислительными агрегатами, – пояснил Мэтелл. – В процессе вычислений они связывают данные, выраженные в потенциалах действия, во времени и пространстве». Далее Мэттел рассказал, что он задает своим студентам вопрос, сформулированный в форме аналогии: как вы принимаете решение, как провести субботний вечер – пойти на вечеринку в студенческом общежитии или остаться дома и углубиться в занятия? «Вы ранжируете свои источники по степени авторитетности, – сказал Мэтелл. – Если посоветоваться с мамой, она скажет вам одно; если обратиться за советом к друзьям, они скажут другое. К тому же могут найтись и другие соображения: к примеру, ваши друзья считают, что на вечеринку следует пойти, но те вечеринки, на которых вы уже побывали, последовав их совету, вас изрядно разочаровали, и потому их мнение для вас мало что значит». Так или иначе, «сейчас» для нейрона не равно нулю. Как и всегда, расчет затрат времени требует времени: прохождение нейромедиаторов через синаптическую щель от одного нейрона к другому занимает пятьдесят микросекунд (двадцатая доля миллисекунды или одна двадцатитысячная секунды); на деполяризацию нейрона в преддверии возбуждения уходит около двадцати миллисекунд; еще примерно десять миллисекунд затрачивается на прохождение импульса по всей длине клетки. Нейрон может возбуждаться от десяти до двадцати раз за секунду; когда группы нервных клеток периодически возбуждаются в унисон на регулярной основе, проводимые ими импульсы регистрируются в виде электромагнитных колебаний. «Основные трудности в понимании механизма восприятия времени связаны с тем, что протекающие в мозге нервные процессы осуществляются в масштабах миллисекунд», – признался Мэтелл. Как получается, что одна и та же система межнейронных связей наделяет нас способностью ориентироваться в потоке секунд, минут и часов? Одна из ранних теорий сосредоточивалась на деятельности мозжечка, фактически приравнивая последний к электросхеме с разветвленными сетями и линиями задержки, которые могут замедлять прохождение сигналов. В рамках подобной модели можно объяснить некоторые аспекты поведения, к примеру способность определять направление звуковой волны. (Мозг получает сведения о локализации звука, когда звуковой импульс достигает одного уха чуть быстрее, чем второго.) Однако постулаты данной теории едва ли применимы к восприятию интервалов, длительность которых исчисляется в секундах и минутах. Последние несколько лет Мэтелл принимает участие в разработке новой теории, рассматривающей нейросеть не как телефонную линию, а скорее как симфонию. В 1995 году, закончив Университет штата Огайо, Мэтелл решил проходить докторантуру в Дьюкском университете. Его научным руководителем стал специалист по нейробиологии поведения Уоррен Мек, прибывший в университет из Колумбии годом ранее с намерением разобраться в нейробиологическом основании таймирования. К настоящему времени Мек подготовил две подборки данных, отчасти прояснивших суть вопроса. Первая подборка, подводящая итоги серии опытов на крысах и людях, обнаруживает, что можно создать ощущение ускорения или замедления хода времени, меняя уровень дофамина в структурах мозга. Вторая сводка, содержащая данные, полученные в результате опытов на крысах и в ходе наблюдения пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, концентрировалась на системах межнейронных связей: в случае повреждения или (у подопытных крыс) разрушения и хирургического удаления определенной области мозга, которая называется полосатым телом, индивидуум утрачивает способность к выполнению стандартных задач по расчету времени. Вскоре после прибытия Мэтелла Мек вручил своему подопечному обе сводки данных. «Он отдал мне свои бумаги и сказал: „Ваша задача заключается в том, чтобы выяснить, как все это работает в мозге“, – поведал мне Мэтелл. – Не думаю, что он действительно надеялся получить ответ. Но я углубился в чтение научных трудов, отдавая предпочтение литературе по нейробиологии, а не по психологии». ДАЖЕ В МАСШТАБЕ КЛЕТОК ВРЕМЯ, ИЗМЕРЯЕМОЕ КОЛИЧЕСТВОМ ИМПУЛЬСОВ, ПРИНЯТЫХ ЗА ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ, ПО-ПРЕЖНЕМУ ИГРАЕТ ВАЖНУЮ РОЛЬ Не прекращая говорить, Мэтелл показал мне свою лабораторию и экспериментальную установку для крыс. Каждому грызуну отводилась отдельная пластиковая клетка объемом примерно с кубический фут[58]. В каждой клетке помещался миниатюрный репродуктор, из которого порой доносился произвольно выбранный звуковой тон, также был кормопровод для гранулированного корма и три отверстия, в которые крыса могла бы просунуть мордочку. «Дыры лучше рычагов, потому что крысы любят совать повсюду свои носы», – пояснил Мэтелл. С помощью своей установки ученый обучил крыс различать временные интервалы, длительность которых он устанавливал сам. К примеру, если крыса совала нос в одну из дыр (действия грызунов фиксировались инфракрасным лучом, сканирующим каждое отверстие), тридцать секунд спустя она получала вознаграждение – одну гранулу корма. Если животное проявляло нетерпение и совалось в нору до истечения тридцати секунд, ничего не происходило; чтобы преуспеть, крысе требовалось не только сунуть морду в дырку, но и выждать нужное количество времени, запоминая длительность промежутка времени, по истечении которого можно было снова сунуть нос в дыру. В 2007 году группа исследователей из Университета штата Джорджия установила, что шимпанзе лучше справлялись с заданиями, требующими тридцатисекундного ожидания пищевого подкрепления в виде конфеты, если им предоставляли возможность отвлечься от процесса ожидания – поиграть с игрушками или полистать выпуски журналов National Geographic и Entertainment Weekly. Крысы Мэтелла коротают время, ухаживая за шерстью и принюхиваясь. «Будь они людьми, они бы, наверное, вытащили смартфоны и принялись бороздить интернет», – предположил Мэтелл. Когда животное запомнит длительность определенного интервала, Мэтелл может попытаться разрушить это знание. В некоторых экспериментах он дает крысе наркотик – возможно, он произведет микроинъекцию удельной дозы амфетамина в какой-нибудь участок мозга, намереваясь проследить, как ускорится или замедлится ощущение времени у животного впоследствии, и заодно выяснить, какие нейронные образования будут при этом задействованы. Также он волен нанести повреждение той или иной мозговой структуре или вовсе разрушить ее, чтобы определить, как изменится восприятие длительности времени у прооперированной крысы. Тонкая манипуляция требует чрезвычайной осторожности, так как легко допустить ошибку; обычно скальпель целит в микроскопический участок ствола головного мозга, который называется компактной частью черного вещества; у крыс его размер не больше пули для духового ружья. «Как и у людей, мозг у крыс устроен по-разному, – утверждает Мэтелл. – В сущности, вы производите слабый выстрел в темноту». Ученый показал мне огромную книгу под названием «Атлас карт головного мозга». На всех страницах поочередно демонстрировались срезы мозга крысы в масштабах до миллиметра, похожие на цветную капусту, препарированную по всем канонам учебника анатомии Генри Грея. По словам Мэтелла, по окончании эксперимента животное подвергают эвтаназии, после чего изымают мозг и изготавливают из него тонкие срезы, которые затем помещают на предметные стекла и просматривают под микроскопом, отмечая возможные отличия от иллюстраций в книге. «Таким образом, мы можем сказать: „Мы метили в такую-то структуру мозга, но куда мы в действительности попали?“» Существуют и другие методы исследования механизмов обучения крыс определению длительности временных отрезков: в мозг животного имплантируют электроды и ведут учет активности нейронов в то время, когда крыса выполняет задачи таймирования. От экспериментатора требуется ювелирная работа. Мэтелл продемонстрировал мне конструкцию, напоминавшую фибровый меч длиной около двух с половиной сантиметров: небольшая металлическая платформа служила ему эфесом, а от нее расходились по сторонам восемь коротких проводов с электродами на концах. Используя атлас мозга в качестве путеводителя, Мэтелл или студент выпускного курса осторожно вставляет электроды в мозг крысы; провода при этом подключены к кабелю, идущему к верхней части экспериментальной камеры и к записывающему устройству, так что крыса может передвигаться в клетке относительно свободно. При этом регистрируется время появления всех пиков нервной деятельности, и впоследствии они могут быть сопоставлены с поведением крысы. «Вы как будто взяли микрофон и установили его в комнате, битком набитой людьми, – пояснил Мэтелл. – Только вместо людей у вас нейроны. До вас доносятся самые разнообразные звуки; все нейроны звучат по-разному в зависимости от размера клетки и ее расстояния до электрода». В какой-то момент Мэтелл остановился у металлического шкафа, извлек оттуда пластмассовый макет человеческого мозга, поставил на стол и начал разбирать его, отделив правое полушарие коры от левого. Внутри, на самом верху ствола головного мозга, торчало мозолистое тело – образование, похожее на сплюснутую поганку, представляющее собой узел нервных волокон, которое выполняет функции сообщения двух полушарий. Затем Мэтелл указал на желудочки – два образования в форме вилочковой кости, помещавшиеся внутри каждого полушария, мешочки, заполненные жидкостью, которые, помимо прочего, обеспечивают амортизацию головного мозга. «Мозг погружен в жидкость и окружен жидкостью, – сообщил ученый. – Желудочки функционируют по принципу амортизационной системы яиц». Под мозолистым телом располагались гиппокамп и амигдала – составные части лимбической системы, где обитают эмоции и память, а также таламус, базальные ганглии и другие подкорковые структуры. Как представители вида, наделенного способностью мыслить, мы привыкли считать, что главная задача мозга состоит в содействии мыслительному процессу. Хотя мозг играет центральную роль в реализации задачи, в конечном итоге его функции заключаются в том, чтобы помогать нам в прогнозировании будущего, передвигаться в пространстве и выбирать наилучшие телодвижения сообразно ситуации, с которой сталкивается наш организм в данный момент. Для достижения поставленной цели требуется четко определить, какие движения нужно сделать, а для этого, в свою очередь, необходимо сперва собрать достоверные данные о текущей ситуации, и в частности о том, как развиваются события – к каким результатам привели ранее произведенные движения и как изменилось положение дел – к лучшему или к худшему. По этой причине собранная информация циркулирует по мозгу на манер мертвой петли. Сенсорные данные поступают в мозг от глаз, ушей и спинного мозга, затем проходят через отдаленные участки таламуса перед тем, как импульсы начнут распространяться в сенсорных областях коры: к первичной зрительной коре в затылочной доле в заднем отделе мозга, к первичным слуховым зонам коры в обеих височных долях и к соматосенсорной коре в теменной доле, расположенной над затылком. С этого момента потоки сливаются и направляются вниз, к лимбической системе и лобной доле большого мозга. Вентральный кортикоспинальный тракт, который иногда называют путем «что», обеспечивает распознавание природы раздражителя безотносительно его значимости. Что это – пирог или змея? После идентификации раздражителя информация поступает в лимбическую систему, в состав которой входят амигдала и гиппокамп. Лимбическая система оценивает полученные сведения на предмет значимости (насколько сильно вам хочется отведать пирога?) и фиксирует их, если информация сочтена достойной запоминания. Затем данные перемещаются в лобный отдел коры, которая просчитывает возможные решения (когда съесть пирог – перед выполнением домашнего задания или потом?) и расставляет приоритеты, отодвигая на задний план менее значимую информацию, к примеру о недавнем решении сесть на диету. С этого момента импульс отправляется в промоторные и моторные зоны коры, инициирующие моторный ответ, которые локализованы рядом с сенсорными зонами в верхней части мозга. КАЖДЫЙ НЕЙРОН НАСТРОЕН НА ОПРЕДЕЛЕННУЮ ВОЛНУ. НЕРВНАЯ КЛЕТКА ВЫСТУПАЕТ ДЕТЕКТОРОМ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА, КОТОРЫЙ УЛАВЛИВАЕТ НЕКОТОРОЕ ИЗОЛИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ Примерно на середине пути находится важная область базальных ганглиев – конгломерат различных структур, включающий полосатое тело (стриатум) и компактную часть черного вещества; нервные импульсы входят в полосатое тело, которое на иллюстрациях в учебнике изображается в виде образования спиральной формы, отчасти напоминающего раковину телефонной трубки. На базальные ганглии возложены функции рационализаторского отдела головного мозга. Если при виде куска пирога моя стандартная реакция заключается в том, чтобы его немедленно съесть, мой мозг вскоре обнаруживает, что можно не петлять по пути «что», раз за разом повторяя стандартную схему действий: идентифицировать пирог как объект желания, решить, стоит ли его есть, а затем схватить и съесть кусок пирога, – а прямо перейти к делу. Распознавая конкретные контуры возбуждения среди нейронов коры головного мозга, базальные ганглии могут предоставить мне желаемое быстрее и заодно освободить архитектуру нейросети для восприятия новых раздражителей. Базальные ганглии отвечают за автоматизацию приобретаемых навыков и формирование привычек и зависимостей. Мэтелл и Мек полагают, что базальные ганглии также служат основными компонентами внутреннего хронометра, с помощью которого мозг определяет длительность временных промежутков. Все нейроны коры головного мозга чем-то похожи на антенны. «Каждый нейрон настроен на определенную волну, – сообщил Мэтелл. – Нервная клетка выступает детектором состояния окружающего мира, который улавливает некоторое изолированное состояние». Кора, в свою очередь, посылает тысячи нейронов в базальные ганглии, образованные сотнями тысяч шипиковых стриарных нейронов, каждый из которых отслеживает состояние от десяти до тридцати тысяч кортикальных нейронов, причем часто одни и те же клетки контролируются несколькими стриарными нейронами. Таким образом, каждый стриарный нейрон специализируется на идентификации определенных контуров возбуждения, возникающих в восходящем направлении. При активизации соответствующего контура стриарный нейрон приходит в возбуждение, побуждая нервные клетки близкорасположенной компактной части черного вещества к высвобождению дофамина, выдавая небольшую порцию нейрохимического вознаграждения, отмечающей данный контур как достойный запоминания, на который непременно следует обратить внимание в будущем. Сигнал поступает в таламус, где сосредоточены двигательные нейроны, а затем возвращается в кору. «Полосатые тела базальных ганглиев реагируют на поступающие вводные данные, – утверждает Мэтелл. – Базальные ганглии служат центрами формирования привычек, а у крыс они заодно задействованы в таймировании, так как определение длительности временных промежутков представляет собой выученную поведенческую реакцию, доведенную до автоматизма». На данный момент установлены достоверные механизмы формирования навыков таймирования. По словам Мэтелла, главенствующая теория относит определение длительности временных интервалов на счет формирования четких контуров возбуждения группами кортикальных нейронов, возбужденных внешними раздражителями. Некоторые нейроны возбуждаются с частотой от пяти до восьми раз в секунду (5–8 Герц), генерируя колебания особого рода, которые называют тета-ритмами. У других нейронов частота возбуждения составляет от 8 до 12 Герц (альфа-ритмы), а у третьих – от 20 до 80 Герц (гамма-ритмы). Колебания, в свою очередь, регистрируются шипиковыми нейронами дорсального полосатого тела. Само собой, замечает Мэтелл, частота возбуждения нейронов лежит за пределами временной шкалы, с которой мы привыкли иметь дело в нашей повседневной жизни. «Деятельность мозга протекает в масштабах миллисекунд, но при этом мы можем определять длительность интервалов продолжительностью в несколько часов. Как долго вы здесь находитесь – полтора часа? Мы можем установить это, не сверяясь с часами. Тогда каким образом мозг осуществляет переход от операций в масштабах миллисекунд к операциям в масштабах минут и часов?» Для разрешения парадокса Мэтелл и Мек обратились к теории другого нейробиолога, Криса Миалла из Бирмингемского университета. Пока Мэтелл продолжал объяснения, мы переместились в его кабинет. Сквозь просторные окна струились яркие лучи последних дней весны, а за крышами зданий кампуса открывались панорамные виды. На одной из стен располагалась высокая книжная полка; среди корешков мелькали громкие заглавия, такие как «Психофармакология» и «Нерешительный разум», а на соседнем подоконнике я заметил нераспакованную новомодную игрушку под названием «Невероятный растущий мозг», в которую требовалось добавить воды. На другой стене висела лекционная доска; Мэтелл взял маркер и начал выводить какие-то значки. Вскоре на белом поле появились два ряда решеток, изображающих частоту возбуждения нейронов. А теперь предположим, что начал действовать какой-то раздражитель, например звуковой тон. Нейроны сразу же приходят в возбужденное состояние, сохраняющееся в течение звучания тона, но при этом не все нервные клетки возбуждаются с одинаковой частотой. Вероятно, одна из клеток достигает пика возбуждения каждые десять миллисекунд, тогда как у остальных нейронов пики наблюдаются чаще – каждые шесть миллисекунд. Теперь представим себе два нейрона, соединенных с одним и тем же стриарным нейроном, регистрирующим одновременное возбуждение обеих клеток спустя каждые тридцать миллисекунд. В результате, как утверждает Мэтелл, стриарный нейрон приобретает способность к регистрации интервала длительностью тридцать миллисекунд, что на порядок дольше, чем при возбуждении одного кортикального нейрона. Поскольку к каждому стриарному нейрону подключено тридцать тысяч кортикальных нейронов, а не только два, то, скорей всего, он распознает одновременное возбуждение десятков и тысяч нейронов. При таком раскладе шипиковые нейроны базальных ганглиев могут настраиваться на широкий диапазон интервалов реального времени менее чем за миллисекунду. Не исключено, что нейроны способны воспринять практически любой промежуток времени в любой момент – просто мозг не утруждает себя запоминанием каждого отдельно взятого мгновения. Запоминание длительности определенного промежутка времени – большей частью заслуга подкрепления: крыса получает гранулу корма, а человека поощряют конфетой, выражают одобрение словами или предлагают какие-то иные формы вознаграждения. (Стоит задержаться на светофоре на девяносто секунд в ожидании зеленого света, и вы почувствуете удовлетворение, когда можно будет тронуться в путь.) Вознаграждение провоцирует мгновенный вброс дофамина из компактной части черного вещества в базальные ганглии, в результате чего не приходится сомневаться, что контур возбуждения будет удостоен должного внимания, отправлен в таламус и зафиксирован в памяти для дальнейших справок. В строго математическом смысле при рассмотрении миллиардов нейронов и бесчисленных миллиардов сигналов, которыми они периодически обмениваются между собой, изобретение того или иного способа таймирования представляется практически неизбежным. Тем не менее только непостижимое чудо могло бы превратить автоматические взаимодействия между живыми клетками в механизмы обработки информации и некоторые поведенческие реакции, включая способность к определению длительности временных промежутков, которые сейчас воспринимаются как часть глубоко личной жизни бессознательного. С большей вероятностью следовало бы ожидать появления пьес Шекспира в мире обезьян, овладевших печатью. Когда я беседовал с Меком, ученый подчеркнул, что он, Мэтелл и другие исследователи, работающие в том же направлении, не прекращают попыток пролить свет на природу таймирования. В их представлении сущность таймирования составляет совсем не то, что принято понимать под этим термином, а временная селекция – процесс осознания большей значимости одного промежутка времени по сравнению с другими временными промежутками. «Мозг постоянно занят таймированием всего, что происходит вокруг, даже если вы не отдаете себе в этом отчета, – сказал Мек. – Десять секунд для вас ничего не значат до тех пор, пока вам не скажут, что они важны. Постепенно мозг учится отличать, что полезно, что вредно и что значимо, а для этого вам необходима память. Я не могу назвать ни одной задачи на таймирование, которая бы не предполагала временной селекции». Мэтелл и Мек называют свою модель таймирования временных интервалов теорией тактовой частоты полосатого тела, излагая ее основные положения с помощью музыкальной терминологии. Базальные ганглии выступают в роли дирижера, шипиковые нейроны постоянно отслеживают состояние коры головного мозга на предмет выявления групп нейронов, возбуждающихся одновременно. В одной статье Мек и Мэтелл назвали процесс таймирования «композицией корковой активности». (Похоже, ученые, специализирующиеся на изучении времени, питают слабость к музыкальным аналогиям.)«Таймирование напоминает оркестр, который сообщает мне мои временные координаты в рамках конкретной задачи таймирования посредством синхронной игры», – пояснил Мэтелл. Я попросил уточнить, что он имел в виду. В ответ ученый напомнил мне о решающем значении базальных ганглиев в формировании привычек – поведения, реализуемого в определенных условиях без участия сознания. По словам Мэтелла, вождение автомобиля большей частью осуществляется автоматически, в силу привычки. Увидев выходной сигнал светофора, вы понимаете, что следует включить указатель поворота, затем перестраиваетесь в правую полосу, а потом определенным образом располагаете руки на рулевом колесе, чтобы выполнить поворот. «Кора головного мозга идентифицирует выходной сигнал, полосатое тело приходит в возбуждение и обнаруживает контур возбуждения в коре, сформированный в соответствии с практической задачей, как бы сообщая: ну-ка, поскорее измените схему поведения так, чтобы я мог включить указатель поворота, – разъяснил Мэтелл. – Движение руки регистрируется корой, и запускается очередное изменение схемы поведения – перестройка в правую полосу. Вид включенного указателя поворота инициирует еще одно изменение поведения – снижение скорости. Таким образом, ваши действия следуют по цепочке поведенческих реакций: осознав себя в определенных условиях, я действую по соответствующей схеме и в результате обнаруживаю себя в новых обстоятельствах, и все повторяется сначала». Память о длительности временных промежутков проистекает из тех же кольцевых сетей передачи данных и, по крайней мере на начальном этапе, тесно связана с выполнением практических задач. Крыса, ожидающая выдачи кормовой гранулы, своим поведением напоминает человека, слушающего симфонию. «Крыса едва ли осознает свое положение во времени; ей достаточно знать, когда прибудет корм, – сообщил Мэтелл. – Я тоже не ощущаю течения времени, зато хорошо помню, какие действия при этом совершаю». Затем ученый добавил: «Допустим, вы сто раз прослушивали одну и ту же симфонию, а теперь становитесь к плите и принимаетесь стряпать, ставите на огонь кастрюлю с водой, а потом выходите из кухни и включаете свою симфонию, зная, что вода закипит на третьем такте второй части. Опознание конкретного такта второй части происходит за счет восприятия определенного сочетания слуха. Вряд ли вы опознаете нужное место в симфонии только потому, что музыка начинает звучать громче, чем в начале симфонии. При этом не происходит никаких систематических количественных изменений, не наблюдается ни роста, ни усложнения тех или иных структур. Таким образом, таймирование осуществляется иначе, чем предполагает модель тактового генератора и связанное с ней чувство накопления или утраты тактов. Образ пищи всплывает в сознании при переходе мозга в состояние под номером десять, а не в состояние номер тридцать, и с большой долей вероятности я приступаю к реализации соответствующей схемы поведения». Далее Мэтелл вспомнил один случай, который произошел с ним на выпускном курсе. Вместе с женой он смотрел кино и поставил запись на паузу, отлучаясь на кухню. Однако нажатие кнопки не остановило трансляцию, а всего лишь замкнуло ее в краткосрочном цикле повторов – запись вначале забегала вперед на четверть секунды, после чего возвращалась в исходное положение, проигрывая один и тот же эпизод несколько раз подряд. Примерно через пять минут трансляция самопроизвольно возобновилась. С тех пор как начались неполадки, Мэтелл и его жена провели некоторое время на кухне. «Мы вдвоем вели себя, как будто пауза все еще продолжалась, не осознавая этого, – признался ученый. – Мы не смотрели на часы, так как возня с едой полностью поглотила наше внимание. Мы очень удивились, когда узнали, что действие, которое должно было произойти, на самом деле не случилось. Но на какое-то время что-то пошло не так. Наша реакция в точности совпала со схемой распознавания образа действия, когда у нас возникает чувство, что мы находимся точно в третьем такте второй части симфонии, даже не задаваясь целью подсчета». Мэтелл поспешил подчеркнуть, что таймирование работает совсем не так, как оно, возможно, действовало бы при непосредственном ощущении времени через специализированный орган, причем совершенно не важно, какие нейронные структуры при этом задействованы. Ухо улавливает звуковые волны, а нос интерпретирует молекулы различных веществ как запахи. «Механизм восприятия времени отличается от других сенсорных анализаторов тем, что не существует материальных носителей времени, на которые были бы настроены наши рецепторы, – сообщил Мэтелл. – Очевидно, мозг действительно ощущает течение времени и контролирует наше поведение, но единицы измерения, которыми он оперирует, не имеют ничего общего с объективной реальностью. Мы ощущаем субъективное время. Выстраивая собственную панораму времени, мозг сосредоточивается на собственном функционировании». В отношении восприятия времени у человека можно сказать, что время предстает перед нами в образе мозга, который вслушивается в собственный внутренний монолог. ТАЙМИРОВАНИЕ НАПОМИНАЕТ ОРКЕСТР, КОТОРЫЙ СООБЩАЕТ МНЕ МОИ ВРЕМЕННЫЕ КООРДИНАТЫ В РАМКАХ КОНКРЕТНОЙ ЗАДАЧИ ТАЙМИРОВАНИЯ ПОСРЕДСТВОМ СИНХРОННОЙ ИГРЫ Модель частоты тактов полосатого тела постепенно набирает вес в нейробиологической литературе, ее все чаще цитируют другие ученые, причем многие из них рассматривают ее как основное объяснение таймирования с точки зрения нейрофизиологии. Мек готов приветствовать любого, кто продолжит его дело. Он вступал на поприще темпоральных исследований, когда понятие внутренних часов звучало как проклятие биологов-бихевиористов, а задачи науки сосредоточивались на раскрытии физиологических механизмов восприятия времени. Меку нравится, куда устремлены интересы нового поколения ученых: Дженнифер Коулл, нейробиолог из Университета Экс-Марсель в Марселе, занимается вопросами оптимизации внимания, требующей точного таймирования; также известны работы по изучению нарушений восприятия времени при болезни Паркинсона, шизофрении и аутизме таких исследователей, как Синди Люстиг из Мичиганского университета, Дебора Харрингтон из Калифорнийского университета Сан-Диего, Мелисса Эллмен из Университета штата Мичиган, а также многих других ученых. «Раньше таймирование изучали в отрыве от всего прочего, – заметил Мек. – Мы старались максимально сузить поле задач с тем, чтобы полностью сосредоточиться на таймировании, а современные исследования склонны рассматривать его в реальном контексте. Едва ли от них можно услышать заявления об исключительности таймирования – в их представлении это всего лишь одна из задач, которые решает мозг в процессе обучения, управления вниманием или переживания эмоций». Тем не менее книга таймирования по-прежнему остается открытой. Нередко за упоминанием модели тактовой частоты полосатого тела в научной статье следует оговорка – что-то вроде «не найдено достоверных подтверждений функционирования специфических психологических циклов в качестве внутренних часов при определении длительности временных промежутков»; также авторы могут заметить, что ученые «до сих пор не выделили базовый нейронный механизм, ответственный за обработку временных данных». Впрочем, над другими теориями попросту насмехаются. «Сейчас в ходу около десяти расчетных моделей способности к таймированию – и каждый год появляется столько же», – сказал мне Патрик Симен, нейробиолог из Оберлинского колледжа. В 2011 году Симен и его коллеги представили собственную модель таймирования – теорию медленного распространения конкурирующих процессов, которая заимствует некоторые элементы господствующей модели принятия решений и тоже апеллирует к способности базальных ганглиев к выявлению совпадений. «Нашу модель можно считать в некотором смысле инновационной, хотя в действительности мы берем стандартные модели и комбинируем их положения с некоторыми вариациями», – признался Симен. Уоррен Мек охарактеризовал свои исследования точно так же: «Мы не выдвигаем новых версий по существу, и мне это нравится, – сказал он. – Мы действовали по той же схеме, что и корпорация IBM: взяли готовые компоненты и упорядочили их более рациональным способом». Модель тактовой частоты полосатого тела вызывает сомнения даже у самого Мэтелла. Прежде всего, как он выразился, необходимо, чтобы отдельные кортикальные нейроны демонстрировали колебания, которые им, как правило, несвойственны. «Это может оказаться проблемой, а может и не оказаться», – отметил ученый. Вероятно, нейрон возбуждается не каждый раз, а только при определенных характеристиках колебательного импульса. Возможно, возбуждение нейронов функционирует подобно разметке футбольного поля, которая лежит в основе игры, но едва ли заметна под слоем грязи, оставшейся после игры. Также модель исключительно чувствительна к шуму – незначительным, но постоянным колебаниям функциональной активности, которые присущи всем биологическим системам. «Пока все нейроны шумят вместе, все в порядке, – сказал Мэтелл. – Если ситуация складывается так, что частота колебаний одного генератора чуть выше, а у другого немного ниже, чем у других, механизм полностью расстраивается и утрачивает способность к таймированию. Так что наша модель предъявляет требования к согласованности колебаний, хотя я думаю, что в реальной жизни так не бывает». В ОТНОШЕНИИ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ У ЧЕЛОВЕКА МОЖНО СКАЗАТЬ, ЧТО ВРЕМЯ ПРЕДСТАЕТ ПЕРЕД НАМИ В ОБРАЗЕ МОЗГА, КОТОРЫЙ ВСЛУШИВАЕТСЯ В СОБСТВЕННЫЙ ВНУТРЕННИЙ МОНОЛОГ Как и многие ученые, Мэтелл не может отделаться от видимости метрической природы восприятия времени, порождающей чувство нарастания времени и нашу способность определять свое месторасположение в пределах временных промежутков. Мы можем ощутить, что находимся, к примеру, посередине заданного интервала времени, и в точности такое же ощущение свойственно даже лабораторным крысам. Мэтелл выработал у группы крыс два условных рефлекса: выждав десять секунд после подачи звукового сигнала или двадцать секунд после включения света, животные могли рассчитывать на выдачу корма. К удивлению экспериментатора, при одновременном воздействии обоих раздражителей крысы ожидали кормления через пятнадцать секунд, что составляет среднее арифметическое от продолжительности ожидания корма после обоих раздражителей: крысы как будто выбирали усредненное значение двух интервалов. «Я глубоко убежден, что в восприятии времени у животных есть количественные составляющие, – сказал Мэтелл. – Они не только усредняют значение временных интервалов, но и оценивают результаты по принципу подобия каждого из сигналов». Судя по поведению животных, можно предположить, что в их способности к обработке информации присутствуют аспекты, оперирующие преимущественно количественными аналоговыми данными. До сих пор я охотно следовал общему направлению, задававшему тон нашей беседе: полосатое тело несет свою вахту, выискивая ансамбли кортикальных нейронов, а когда животное получает корм, полосатое тело выделяет порцию дофамина, побуждающую стриарные нейроны запечатлеть ансамбль кортикальных нейронов, функционирующих совместно, и позже вы принимаетесь наблюдать за стриарными нейронами, ожидающими совместных действий. Однако контуры активности в коре головного мозга не склонны к расширению.