Kitabı oku: «Метамышление. Как нейронауки помогают нам понять себя», sayfa 4

Кто главный?

Подобно особым сенсорным областям мозга, которые обрабатывают информацию, поступающую, например, от глаз и ушей, существуют и особые моторные структуры, которые посылают нейронные проекции вниз, к спинному мозгу, управляя нашими мышцами и координируя их работу. И в точности как зрительная кора, которая трансформирует входные данные в высокоуровневые репрезентации окружающего мира, моторная кора представляет собой нисходящую иерархию. Такие области, как премоторная кора, заняты созданием общих планов и намерений (например, «потянуться влево»), в то время как области более низкого уровня, вроде первичной моторной коры, отвечают за оставшиеся детали. Предполагается, что области префронтальной коры (ПФК) находятся на вершине как перцептивной, так и моторной иерархии. В этом есть смысл, если учесть, что ПФК имеет отношение к переводу высокоуровневых перцептивных репрезентаций («красный мяч находится там») в высокоуровневые репрезентации действий («давай поднимем красный мяч»)⁴⁰.

Одно из следствий иерархической организации действий заключается в том, что, когда мы тянемся за чашкой кофе, нам не нужно сознательно активировать всю последовательность мышц. Вместо этого большинство действий планируется на более высоком уровне: мы хотим попробовать кофе, и наша рука, кисть и рот координируют свою работу, чтобы достичь желаемого. То есть такая искусная задача, как игра на фортепиано, представляет собой изысканный танец сознательных планов, разворачивающихся на высоком уровне иерархии (выбор скорости игры или акцента на определенных пассажах), и автоматических бессознательных актов моторного контроля, в нужный момент направляющих пальцы к нужным клавишам. Когда во время концерта наблюдаешь за работой пианиста, кажется, что его руки и пальцы живут собственной жизнью, а пианист парит над всем этим, отдавая команды сверху. Как сказал знаменитый пианист Владимир Горовиц, «я – генерал, а мои солдаты – клавиши». Говоря более прозаическим языком нейронауки, мы отдаем хорошо заученные действия на откуп бессознательным, вспомогательным уровням управления, вмешиваясь в процесс лишь в случае необходимости⁴¹.

Не каждый из нас осилит акробатику для пальцев, необходимую, чтобы сыграть на пианино Шопена или Листа. Но многие регулярно практикуют столь же незаурядный моторный навык при помощи другого клавишного инструмента. Я пишу эту книгу на ноутбуке, оснащенном клавиатурой со стандартной раскладкой QWERTY. Такое название она получила благодаря первым шести буквам верхнего ряда. История появления клавиатуры QWERTY, созданной политиком и изобретателем-любителем Кристофером Шоулзом в 1860‐х годах, весьма туманна (в самых первых печатных машинках все двадцать шесть букв алфавита располагались в ряд от A до Z, что, по мнению изобретателей, было наиболее эффективно). По одной из версий, такое расположение символов предотвращало заклинивание клавиш в первых пишущих машинках. По другой – это помогало телеграфистам быстрее расшифровывать сообщения, написанные азбукой Морзе. А согласно еще одной версии, компания Remington, первый крупный производитель пишущих машинок, сохраняла верность QWERTY, желая обеспечить лояльность к бренду со стороны машинистов, которые обучались на ее фирменной системе.

Как бы там ни было, раскладка QWERTY наделила миллионы людей в англоязычном мире сложнейшим, но в значительной степени неосознанным моторным навыком. Если вы регулярно пользуетесь компьютером, закройте глаза и попытайтесь представить, где находятся буквы на клавиатуре (за исключением букв Q-W-E-R-T-Y!). Это нелегко, а для многих (таких, как я) даже невозможно – только если представить, что печатаешь слово. Благодаря этому занятному расхождению между моторным навыком и сознательным восприятием набор текста становится идеальной тестовой площадкой для изучения различных алгоритмов, участвующих в бессознательном мониторинге и контроле наших действий. В лаборатории набор текста можно изучать с изумительной точностью: начало печати и время нажатия клавиш регистрируются компьютером, а движения пальцев фиксируются камерами высокого разрешения.

Психологи Гордон Логан и Мэтью Крамп использовали эти методы и провели обстоятельные и остроумные эксперименты, чтобы изучить, как люди набирают текст. В одном из них испытуемых попросили напечатать ответы на вопросы классического психологического теста – задачи Струпа. От человека требуется определить цвет чернил, которыми написано слово, – например, написать/напечатать «синий» для синих чернил и «красный» для красных. В большинстве случаев это не вызывает затруднений, однако они возникают, когда сами слова означают цвета (например, синим написано слово «зеленый», красным – «фиолетовый» и так далее). Люди замедляются и делают ошибки, когда слово и цвет не совпадают. Участники эксперимента медлили с началом печати, однако не с набором букв самого слова (например, с-и-н-и-й). Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что существует несколько контуров управления действиями: контур высшего уровня, отвечающий за выбор слова для печати, и контур низшего уровня, принимающий эту информацию и определяющий, какие клавиши и в каком порядке нужно нажимать⁴².

Мало того что уровней управления действиями несколько, так еще и высшие уровни плохо осведомлены о работе низших. Мы знаем это, потому что один из самых простых способов испортить кому-нибудь набор текста – попросить напечатать только те буквы в предложении, которые обычно набираются левой (или правой) рукой. Попробуйте сесть за клавиатуру и набрать только левые буквы в предложении «Кошка на коврике» (на QWERTY-клавиатуре⁴³ у вас должно получиться что-то вроде «Ккаакве», в зависимости от того, каким пальцем вы обычно нажимаете пробел – правым или левым). Распределение букв по рукам – задача чудовищно сложная и обескураживающая.

И все же нижнеуровневый контур, руководящий нажатиями клавиш, делает это непрерывно, со скоростью до 70 слов в минуту! Часть нашего сознания знает, какую руку нужно использовать, но не в состоянии нам это объяснить⁴⁴.

Держимся курса

Эти эксперименты дают основания предполагать, что в наши действия постоянно вносятся точечные неосознанные корректировки, не позволяющие им сбиться с курса. Время от времени эти бессознательные процессы мониторинга раскрывают себя, подобно тому как оптические иллюзии обнажали работу перцептивных выводов в предыдущей главе. К примеру, когда я еду на работу в лондонском метро, мне приходится пользоваться несколькими эскалаторами. Чтобы не упасть, я полагаюсь на свое тело, которое быстро скорректирует позу, когда я встану на движущиеся ступеньки. Но эта реакция настолько хорошо заучена, что, если эскалатор сломался и стоит на месте, мою моторную систему трудно удержать от автоматического подстраивания под обычно движущуюся лестницу. Вплоть до того, что из-за ожидания, сформированного на высших уровнях иерархии, я рискую споткнуться, если шагну на ступень неподвижного эскалатора⁴⁵.

В классическом эксперименте Пьера Фурнере и Марка Жаннерода, стремившихся количественно измерить такого рода быстрые автоматические исправления ошибок, участники должны были перемещать компьютерный курсор в определенное место на экране. Убедившись, что руки участников скрыты (чтобы им был виден только курсор), исследователи вносили небольшие отклонения в движение курсора и наблюдали за происходящим. Они обнаружили, что, когда курсор сбивался с курса, участники тут же исправляли его траекторию, даже не осознавая этого. Исследователи пришли к следующему выводу: «Мы обнаружили, что испытуемые преимущественно игнорировали фактические движения, совершаемые их рукой». Другими словами, низкоуровневая система неосознанно отслеживает, как мы выполняем задание, и исправляет – как можно эффективнее – любые отклонения от цели⁴⁶.

Мозжечок, название которого в переводе с латинского означает «малый мозг» (cerebellum), считается одной из частей мозга, играющих ключевую роль в этом исправлении ошибок. Он выглядит как вспомогательный мозг, привинченный к основному снизу. Но на самом деле мозжечок содержит более 80 % всех ваших нейронов – около 69 миллиардов из 85. Совокупность его нейронных связей красива своей упорядоченностью: здесь находятся миллионы так называемых параллельных волокон, пересекающихся под прямым углом с клетками Пуркинье – нейронами, которые выделяются своими огромными, крайне развитыми дендритными деревьями. Информация поступает из коры головного мозга в виде серии сигналов, при этом участки коры головного мозга направляют их в те же области мозжечка, из которых они получают данные. Существует одна гипотеза, что мозжечок получает копию двигательной команды, которая посылается мышцам, подобно тому как получают копию электронного письма. Затем он генерирует ожидаемые сенсорные последствия действия – например, плавное продвижение руки к цели. Если эти ожидания не совпадают с сенсорной информацией о том, где на самом деле находится моя рука, он быстро вносит коррективы, чтобы вернуть ее на правильный курс⁴⁷.

В инженерии такая модель называется упреждающей. Упреждающие модели сначала предугадывают последствия определенной двигательной команды, а затем отслеживают расхождение между текущим и ожидаемым состояниями, при необходимости внося небольшие корректировки. С самого детства я люблю ходить под парусом: участвую в гонках на небольших парусных яхтах либо совершаю круизы на более крупных суднах. Путешествуя, я прибегаю к несложной упреждающей модели, чтобы нейтрализовать влияние прилива на положение лодки. Когда я прокладываю курс к гавани своего назначения, GPS сообщает мне, нахожусь ли я слева или справа от прямого пути, и я могу внести соответствующие поправки, не заботясь об общем курсе. Зачастую это приводит к тому, что лодку заносит в сторону прилива, подобно тому как вы инстинктивно гребете против течения, переплывая реку. Случайному наблюдателю покажется, будто поправка на прилив была тщательно спланирована заранее, но в действительности это результат множества небольших корректировок, вызванных сигналами о локальных ошибках.

В таком алгоритме важно отслеживать отклонения от запланированного хода событий. Это означает, что информация, поступающая от органов чувств, может быть просто проигнорирована, если она соответствует ожиданиям, – еще одна особенность предиктивного управления, подтвержденная экспериментами с участием добровольцев. Например, если я передвину вашу руку, ваш мозг получит информацию об этом благодаря изменению положения суставов и мышц. А если вы сами подвигаете собственной рукой, то такая сенсорная обратная связь погасится, потому что происходящее будет в точности соответствовать вашим ожиданиям (именно поэтому нельзя пощекотать самого себя). Эти нейронные алгоритмы, нацеленные на обнаружение отклонений в наших движениях, могут становиться причиной некоторых контринтуитивных феноменов. Если вы нанесете кому-нибудь удар на боксерском ринге или во время драки в баре, ваша несчастная жертва почувствует его сильнее (на своем лице), чем вы (на вашем кулаке.) Это вызвано тем, что бьющий ждет удара, а вот получающий – нет. Если ваш соперник решит дать сдачи, он нанесет удар сильнее, чем был, по мнению первого бьющего, нанесен ему, – чтобы соответствовать силе удара, которую ощутил он. И так далее, по нарастающей – замкнутый круг. Если вы когда-нибудь, сидя на переднем сиденье автомобиля, оказывались свидетелем потасовки двух детей на заднем, то знаете, к чему может привести этот сценарий⁴⁸.

Все упомянутые эксперименты говорят о том, что существует множество процессов самомониторинга, которые не контролируются сознанием. Благодаря силе и гибкости предиктивного управления мы действуем быстро и четко, обычно даже не задумываясь об этом. Когда я встаю на движущийся эскалатор в час пик, на основе локальных алгоритмов в мою позу вносятся небольшие поправки, аналогично тому, как курс судна корректируется с учетом прилива. Но если отклонение от ожидаемого слишком велико – например, мы сбились с курса на целый километр, – то незначительные корректировки или поправки вряд ли смогут наладить дело. Именно в этот момент бессознательное корректирование наших действий превращается в признание ошибки.

От обнаружения ошибок к познанию себя

Одно из первых исследований того, как мы выявляем собственные ошибки, в 1960‐х годах провел психолог Патрик Раббитт.

Он придумал сложное, монотонное задание, в котором испытуемым нужно было нажимать на кнопки, реагируя на последовательность цифр. Однако само задание не имело большого значения. Хитрость заключалась в том, что испытуемых просили нажимать на отдельную кнопку, если они замечали, что совершили ошибку. Раббитт с точностью измерил время, которое требовалось для нажатия этой кнопки, и обнаружил, что люди способны крайне быстро исправлять собственные оплошности. Фактически испытуемые осознавали, что совершили ошибку, в среднем на 40 миллисекунд быстрее, чем реагировали на внешние стимулы. Этот элегантный и простой анализ доказал, что мозг способен отслеживать и обнаруживать собственные ошибки при помощи эффективных внутренних расчетов, не зависящих от сигналов из внешнего мира.

Быстрый процесс обнаружения ошибок может приводить к столь же быстрому их исправлению. При принятии простого решения о том, относится тот или иной стимул к категории А или В, уже через десятки миллисекунд после нажатия неправильной кнопки мышцы, контролирующие верный ответ, начинают сокращаться, стремясь исправить ошибку. И если корректирующие процессы происходят достаточно быстро, то могут даже предотвратить ее. Например, к тому моменту, когда мышцы сократятся, чтобы нажать кнопку и отправить необдуманное сообщение, мы успеваем обзавестись дополнительными доказательствами неудачности этой затеи и в последний момент удержаться от рокового щелчка мышью⁴⁹.

Спустя несколько десятилетий после эксперимента Раббитта ученые начали обнаруживать мозговые процессы, способствующие внутреннему поиску ошибок. Работая над своей докторской диссертацией, опубликованной в 1992 году, психолог Уильям Геринг записал электроэнцефалограммы (ЭЭГ) участников одного эксперимента, выполнявших сложные задания. В ЭЭГ используется сеть маленьких электродов, которая неинвазивным путем фиксирует изменения электрического поля, вызванные совместной активностью тысяч нейронов внутри мозга. Геринг обнаружил, что менее чем через 100 миллисекунд после совершения ошибки в мозгу появляется особая волна. Скорость этой реакции помогает объяснить обнаруженное Раббиттом, а именно способность людей стремительно осознавать, что они совершили ошибку, – даже до того, как им об этом сообщат. Эта активность мозга стала известна как негативность, связанная с ошибкой, или НСО (error-related negativity, ERN), которую современные психологи ласково называют реакцией «Вот блин!»⁵⁰.

Сегодня мы знаем, что эта реакция возникает в результате ошибок при выполнении самых разнообразных задач (от нажатия кнопок до чтения вслух) и генерируется областью мозга, расположенной в центре лобной доли, дорсальной зоной передней поясной коры. Это красноречивое нейронное свидетельство самомониторинга обнаруживается уже на ранних этапах развития человека. В одном эксперименте 12‐месячным младенцам демонстрировали разные изображения на экране компьютера, записывая движение их глаз. Иногда им показывали человеческое лицо, и если младенцы смотрели прямо на него, то удостаивались награды в виде музыки и мигающих цветных лампочек. Если ребенок не смотрел на изображение лица, то в контексте эксперимента это считалось ошибкой – он не выполнял действие, за которое получил бы вознаграждение. В таких случаях записи ЭЭГ отчетливо отражали НСО, пусть реакция и была несколько запоздалой по сравнению со взрослыми⁵¹.

НСО можно рассматривать как частный случай сигнала о «предиктивной ошибке». Название «предиктивные ошибки» говорит само за себя: это ошибки в наших предсказаниях будущего, которые к тому же являются ключевой составляющей алгоритмов, помогающих эффективно изучать мир. Чтобы понять, как предиктивные ошибки помогают нам в этом, представьте, что рядом с вашим офисом открывается новая кофейня. Вам еще неизвестно, насколько она хороша, но ее владельцы позаботились о том, чтобы купить первоклассную кофемашину и создать отличную атмосферу. У вас высокие ожидания – вы предполагаете, что кофе будет хорошим, хотя еще не пили его. Наконец, вы впервые пробуете его и выясняете, что он не просто хорош – такого чудесного эспрессо вы давно не пили. Поскольку кофе превзошел ваши ожидания, вы обновляете свою предварительную оценку, а кофейня становится вашей новой любимой остановкой по пути на работу.

Теперь представим, что прошло несколько недель. Бариста расслабились, и кофе уже не так прекрасен, как раньше. Возможно, он все равно хорош, но, учитывая ваши возросшие ожидания, вы воспринимаете происходящее как негативную ошибку в вашем предсказании и можете разочароваться еще сильнее.

Способность делать и обновлять предсказания зависит от известного химического вещества, вырабатываемого в мозге, – дофамина. Дофамин не только знаменит, но и зачастую воспринимается ошибочно – в популярных СМИ его называют «гормоном удовольствия». Это правда, что уровень дофамина повышается от того, что нам нравится: денег, еды, секса и так далее. Однако представление, что дофамин всего лишь сигнализирует о вознаграждающем характере получаемого опыта, ошибочно. В 1990‐х годах нейробиолог Вольфрам Шульц провел эксперимент, ставший классическим. Он зарегистрировал у обезьян сигналы, посылаемые клетками среднего мозга, которые вырабатывают дофамин и доставляют его в другие области мозга. Шульц приучил обезьян, что после включения света в комнате им дают немного сока. Сначала дофаминовые клетки реагировали на сок, что соответствовало теории удовольствия. Но со временем животные начали понимать, что включение света всегда предшествует соку, – они научились ожидать удовольствие, – и дофаминовая реакция исчезла⁵².

Элегантное объяснение рисунка дофаминовой реакции в этих экспериментах заключается в том, что она помогала мозгу отслеживать ошибки в предсказаниях обезьян. Сначала сок был для обезьян неожиданностью – так же, как для вас неожиданностью был хороший кофе в новом месте. Но со временем обезьяны стали ожидать сок каждый раз, когда включался свет, – в точности как мы ожидаем хороший кофе каждый раз, когда заходим в кофейню. Почти одновременно с экспериментами Шульца, специалисты в области вычислительной нейробиологии Питер Дайан и Рид Монтегю работали над развитием одной классической психологической теории по обучению методом проб и ошибок. Согласно этой знаменитой теории, модели Рескорлы – Вагнера, обучение происходит только при условии, что события неожиданны. Это понятно даже интуитивно: если сегодня кофе такой же, как и вчера, у нас нет необходимости изменять оценку, которую мы дали кофейне. Не нужно ничему учиться. Дайан и Монтегю продемонстрировали, что варианты этого алгоритма прекрасно согласуются с реакцией дофаминовых нейронов. Вскоре после публикации работ Шульца и Дайана с Монтегю ряд исследований, проведенных моим бывшим научным руководителем Рэем Доланом, выявил, что реакция нейронов в областях человеческого мозга, получающих дофаминовый сигнал, полностью соответствует тому, что происходит при получении сигнала о предиктивной ошибке. Упомянутые исследования показали, что вычисление предиктивных ошибок и использование их для обновления нашего восприятия мира лежат в основе работы мозга⁵³.

Вооружившись пониманием предиктивных ошибок, мы начинаем видеть, насколько такие расчеты важны для само-мониторинга. Иногда мы напрямую получаем положительную или отрицательную обратную связь о нашей деятельности – например, когда справляемся со школьным заданием или узнаем, что побили личный рекорд на полумарафонской дистанции. Но во многих областях повседневной жизни обратная связь может быть менее заметной или вообще отсутствовать. Поэтому целесообразно считать, что НСО отражает внутренний сигнал о вознаграждении или, точнее, о его отсутствии. Она выражает разницу между тем, что мы ожидали (у нас все получилось), и тем, что случилось на самом деле (произошла ошибка).

Представьте, как вы садитесь за пианино, чтобы сыграть простенькую мелодию. Каждая нота имеет свое звучание, но было бы странно утверждать, что какая-то из них «лучше» или «хуже» другой. Сыгранная отдельно ля ничем не лучше, чем соль-диез. Но в контексте мелодии, которой открывается концерт для фортепиано с оркестром ля минор Эдварда Грига, ошибочно сыгранная соль-диез вместо ля заставит слушателей содрогнуться. Даже если внешней обратной связи нет, неправильная нота – это ошибка на фоне ожидаемого исполнения. Отслеживая такие ошибки, мозг может оценить, хорошо или плохо он справляется с задачей, даже при отсутствии явной обратной связи⁵⁴.

По определению ошибки обычно совершаются не тогда, когда мы этого ожидаем, иначе мы могли бы предотвратить их. Эта особенность человеческих ошибок используется для создания комического эффекта в одном из моих любимых скетчей из «Фаст-шоу» ⁵⁵. Его персонаж – старик Невезучий Альф – поворачивается к камере и произносит с сильным северо-английским акцентом: «Видите вон там? Они роют чертовски большую яму в конце дороги. С моим везением я наверняка свалюсь в нее». Мы напряженно наблюдаем, как он медленно бредет по дороге, пока вдруг не налетает сильный порыв ветра и не сдувает его в яму. Готовность, предвидение и все же неизбежность катастрофы – вот что делает этот скетч смешным. Мы удивляемся ошибкам именно потому, что не ожидаем их, и, подобно Гомеру Симпсону, восклицаем «Д’оу!» ⁵⁶, уже будучи поставленными перед фактом.

Таким образом, эффективный способ осуществления самомониторинга заключается в том, чтобы делать предсказания о том, как мы добиваемся успеха, и отслеживать, удается ли нам выполнять задуманное. Если не удается, это регистрируется как отрицательная ошибка нашего предсказания. Примечательно, что существует прекрасная симметрия между нейронными связями мозга, вовлеченными в обнаружение внешнего вознаграждения (кофе оказался лучше или хуже ожидаемого; мы недавно получили премию на работе), и системами, занимающимися отслеживанием внутренних ошибок в нашей деятельности. Похоже, и те и другие зависят от дофамина. Например, уровень возбуждения дофаминовых нейронов у зебровых амадин ⁵⁷ снижается, если они слышат запись своего собственного пения, в которую были добавлены лишние звуки. Эти конкретные дофаминовые нейроны проецируются в другую область мозга, связанную с обучением пению, как будто дофамин сигнализирует о хорошем или плохом исполнении, – что-то вроде бессменного судьи шоу талантов в птичьем мозгу. Те же самые нейронные связи, что отслеживают внутренние ошибки при пении, следят и за внешним вознаграждением – как и следовало ожидать, если учесть, что единый алгоритм предиктивных ошибок регулирует как изучение мира, так и познание самого себя⁵⁸.