Как развивался мозг

Статью «Neuralink and the Brain’s Magical Future» написал автор блога Wait But Why Тим Урбан 20 апреля 2017 года.

Статья — о новом проекте Илона Маска Neuralink, то есть об интерфейсе будущего, но это такая тема, в которой без большой подводки об эволюции и устройстве человеческого мозга не обойтись.

Башня знаний

600 млн лет назад никто ничем не занимался. Губка:

Проблема была в том, что ни у кого не было нервов. Без них нельзя двигаться, думать и обрабатывать какую-либо информацию. Живые организмы просто существовали, находясь на одном месте до самой смерти.

580 млн лет до нашей эры появились медузы. У них была первая в мире нервная система — нервная сеть.

— Чёрт, меня ударили. Передай всем.
— Окей. Но мне кажется, ты мог бы попросить немного по…
— Слушай, давай не сегодня.

Она позволяла собирать важную информацию об окружающем мире: где вокруг находились объекты, опасность или еда — и передавать её по цепочке во все части тела. Возможность получать и обрабатывать информацию позволила медузе реагировать на изменения в окружающей среде, то есть не просто бесцельно плавать и надеяться на лучшее, а увеличивать свои шансы на выживание.

Немного спустя появился более продвинутый организм — плоский червь. Он понял, что можно намного больше всего сделать, если в нервной системе за всё отвечает кто-то один — босс нервной системы. Босс находился в голове плоского червя, и все нервы в организме направляли новые сведения ему напрямую. Для этого они располагались не в форме сети, а вокруг центрального канала связи, который отвечал за передачу сообщений боссу и обратно.

— Хорошо, пара вещей на сегодня. Билл, скажи Джейсону открыть наш рот, чтобы попробовать заполучить больше еды. Все остальные, делайте так, чтобы наше тело извивалось.
— Босс, Грег хотел, чтобы я спросил вас, может быть, мы попробуем что-то другое вместо извивания?
— Мы же плоский червь, поэтому — нет.

Это была первая в мире центральная нервная система, а босс в голове плоского червя — первым в мире мозгом. Идею быстро подхватили остальные организмы, и скоро на Земле были уже тысячи видов, обладающих мозгом.

Со временем тела организмов становились сложнее, и у боссов появилось много работы. Лягушка 265 млн лет до нашей эры:

— Так, мне нужно сердцебиение, вдох и в то же время кваканье. Пол, спасибо, что заметил кузнечика на листке. Не забудь сразу же сообщить мне, если увидишь аллигатора, чтобы мы упрыгали в безопасное место.
— Но аллигаторов не будет ещё 228 млн лет.
— Это не важно, мы ведь в комиксе Wait But Why.

Через некоторое время появились млекопитающие. Их сердца тоже должны были биться, лёгкие дышать, но у них появилось кое-что, не связанное напрямую с выживанием — сложные чувства, такие как любовь, гнев и страх.

Мозг рептилии имел дело только с рептилиями и существами попроще. Поэтому у млекопитающих появился второй босс, который присоединился к «мозгу рептилии», чтобы обслуживать новые потребности. Это первая в мире лимбическая система.

Кстати, «мозгом рептилии» авторы популярной литературы часто называют часть человеческого мозга, отвечающую за самые базовые функции организма.

Грызун, 225 млн лет до нашей эры:

— Сердцебиение, дыхание.
— Так, чуваки, пара моментов. Давайте подальше держаться от Джима. Мне не нравятся его попытки доминировать. А ещё Тэмми как-то особенно хороша в последнее время. Давайте положим свои яйца ей на колено и посмотрим, что из этого выйдет.

Следующие 100 млн лет жизнь млекопитающих становилась всё сложнее и сложнее, пока однажды два босса не заметили появления нового члена команды.

Древесные млекопитающие, 80 млн лет до нашей эры:

Ранняя версия неокортекса у приматов была вроде неразговорчивого младенца. У больших обезьян он был уже ребёнком. У гоминид новый босс вырос до подростка со своим представлением о том, как всё должно работать.

Гоминид, 4 млн лет до нашей эры:

— Итак, ногти говорят, что им сейчас очень плохо. Нам действительно надо вскрыть этот кокос?
— Да, продолжайте попытки.
— Возможно, нам лучше взять тот острый камень и использовать его вместо своих ногтей.

Идеи нового босса оказались очень полезными, и он стал отвечать за создание инструментов, стратегию охоты и сотрудничество с другими гоминидами. Через несколько миллионов лет он вырос и стал мудрее. Его идеи становились всё лучше: он придумал, как не быть голым, управлять огнём и как сделать копьё.

Но самым крутым его трюком было мышление. Оно превратило человеческие головы в свои собственные маленькие миры. Человек стал первым животным, которое могло обдумывать сложные мысли, рассуждать и принимать решения, строить долгосрочные планы.

И затем где-то через 100 тысяч лет случился прорыв.

— Ух, мне очень нужна та острая серая штука, но она там наверху, где Боб. Весьма неудобно. Если бы был способ сообщить Бобу, что мне нужна эта штука, было бы проще.
— Хм… Парни, безумная идея. Напомните мне, когда в следующий раз увидите Боба, я хочу кое-что попробовать.

— Чёрт, мне снова нужна та острая серая штука, но она снова там наверху у Боба, а не у меня внизу. Стоп…

Человеческий мозг стал понимать: хоть звук «камень» сам по себе не был камнем, но его можно использовать как символ камня. Это был звук, связанный с камнем. Так человечество изобрело язык.

Скоро появились слова для самых разных вещей, и уже за 50 тысяч лет до нашей эры люди разговаривали на полноценном сложном языке.

Неокортекс превратил людей в магов. Он не только сделал человеческую голову удивительным внутренним океаном сложных мыслей, но и нашёл способ превращать мысли в символьный набор звуков и с помощью вибраций отправлять их в головы других людей, которые могли расшифровать звук и соединить идею со своим внутренним мыслительным океаном. Человеческий неокортекс долго думал о разных вещах, и теперь ему было с кем об этом поговорить.

Началась неокортексовая вечеринка. Они делились друг с другом всем: рассказами о прошлом, смешными шутками, сформировавшимися мнениями, планами на будущее.

Самым полезным был обмен тем, чему они научились. Если человек методом проб и ошибок выяснил, что определённый вид ягод вызывает 48-часовой понос, он мог с помощью языка поделиться этим знанием с остальным племенем. Он как будто скопировал урок и вручил копию всем остальным. Племя передавало этот урок своим детям, а те — своим. Вместо совершения одной и той же ошибки, люди передавали во времени и пространстве мудрость «держитесь подальше от этих ягод», которая защищала их от 48-часовой диареи.

То же самое происходило, когда кто-то из людей придумывал новый трюк. Один особо умный охотник, заметивший связь между созвездиями и ежегодной миграцией антилопы гну, научился определять количество дней, оставшихся до возвращения стада. Придумать такое способны немногие, но благодаря «сарафанному радио» все будущие охотники могут этим знанием воспользоваться. Это стало базовым знанием охотника.

Эти знания повышают эффективность сезона охоты. У племени появляется дополнительное время на подготовку оружия, что позволяет через несколько поколений одному умнику открыть способ создания более лёгких и плотных копий, которые можно метать намного точнее. И таким образом этот и все будущие охотники получают более эффективные копья для охоты.

Язык позволяет прозрениям самых умных людей накапливаться и через поколения создавать коллективную племенную башню знаний — «лучшие хиты» прозрений предков. Башня знаний устанавливается в головы нового поколения и становится отправной точкой, помогающей сделать новые открытия и вывести племя на новую ступень этой башни.

Рост знаний племени без языка и с языком:

Рост знаний племени без языка
Рост знаний племени с языком

Больше знаний прирастает по двум причинам:

  1. Каждое поколение может узнать больше, если общается друг с другом, сравнивает наблюдения и объединяет индивидуальные уроки;
  2. Каждое поколение может передать больший процент накопленных знаний следующему поколению, поэтому знания лучше сохраняются во времени.

Обмен знаниями — это грандиозное коллективное сотрудничество поколений. Через сотни поколений совет о конкретной ягоде превратился в сложную систему посадки длинных рядов кустов полезных ягод и ежегодного их сбора. Первоначальное прозрение о миграции антилоп стало системой одомашнивания коз. Инновация копья через сотни последовательных улучшений в течение десятков тысяч лет стала луком и стрелами.

Язык даёт группе людей коллективный интеллект. Он намного мощнее индивидуального интеллекта и даёт отдельному человеку такую же выгоду, как если бы он сам всё это придумывал. Мы считаем лук и стрелы примитивной технологией, но если бы Эйнштейн вырос в лесу без текущих базовых знаний, и мы попросили его создать лучшее оружие для охоты, которое он сможет, он не оказался бы достаточно умным, умеющим или знающим, чтобы изобрести лук и стрелы. Только коллективные человеческие усилия способны на это.

Способность коммуницировать помогла людям создать сложные социальные структуры, которые вместе с продвинутыми технологиями вроде земледелия и приручения животных со временем привели к осёдлому образу жизни и слиянию в супер-племена. Когда это произошло, башня знаний каждого племени стала частью большой супер-башни супер-племени. Массовое сотрудничество повысило качество жизни, и к 10 000 лет до нашей эры появились первые города.

Закон Меткалфа гласит, что «полезность сети пропорциональна квадрату численности пользователей этой сети». Визуализация закона на примере проводных телефонов:

То же самое справедливо и для людей. У двоих может быть одно обсуждение. У троих — 4 уникальных дискуссионных группы (3 диалога и одно общее обсуждение на троих). У 5 человек — 26. У 20 человек — 1 048 554.

Таким образом, городские жители получают преимущество не только благодаря основе, которую даёт супер-башня знаний. Согласно закону Меткалфа, количество возможных обсуждений взлетает на беспрецедентно высокий уровень. Больше обсуждений — больше столкновений идей и, как следствие, множество новых открытий и ускорение инноваций.

Люди придумали сельское хозяйство, у них появилось время для других идей, что вскоре привело к новому прорыву: письменности.

Историки считают, что люди стали всё записывать 5−6 тысяч лет назад. До этого момента коллективные знания хранились только в сети людских воспоминаний и передавались из уст в уста. Это хорошо работало для небольших племён, но большой объём знаний в большой группе людей поддерживать было сложно, и много знаний было потеряно.

Если язык позволял людям передать мысль из одного мозга в другой, то письменность превращала мысль в физический объект, например, камень, на котором она могла жить вечно. Когда люди начали писать на тонких листах пергамента или бумаги, огромные области знаний, передача которых из уст в уста заняла бы недели, могли быть сжаты в книгу или свиток. Башня знаний начала жить в физической форме, аккуратно упорядоченная на полках городских библиотек и университетов.

Эти полки вели к новым изобретениям и открытиям, которые в свою очередь превращались в новые книги на полках. Каждое поколение начинало с более высокого уровня знаний и технологий, чем предыдущее, и прогресс ускорился.

Кропотливо написанные от руки книги были словно сокровища, и доступ к ним, скорее всего, был только у элиты. Забавный факт: недавно мужчина закончил создание рукописной Библии, что заняло у него 13 лет. Представьте, сколько должна стоить книга, если её создание занимает столько времени и нет другого способа передать эту информацию.

В середине 15 века в Европе было всего 30 тысяч книг. Но потом случился прорыв — появился печатный станок.

В 15 веке Иоганн Гутенберг придумал намного более быстрый и дешёвый способ создания множества копий одной книги, чем раньше. Точнее, Гутенберг родился, когда 95% всего, что требовалось для появления печатного станка, уже было придумано. Он воспользовался этими знаниями и придумал остальные 5%. И, кстати, он не был первым. Печатный станок придумали китайцы столетиями раньше.

Печатный станок не был каким-то гениальным изобретением. Это всего лишь набор штампов с буквами и знаками пунктуации, который складывается в блок текста, красится чернилами и накладывается на страницу. В итоге получается одна страница книги с текстом. Пока у печатника есть в собранном виде все буквы для этой страницы, он может сделать сколько угодно копий. Но потом нужно потратить кучу времени, чтобы вручную переставить все штампы (так называемый «ручной набор») и получить блок текста для второй страницы.

Первый проект Гутенберга состоял из 180 экземпляров Библии, который занял у него и его работников 2 года. Сейчас сохранилось 49 экземпляров этой Библии, посмотреть на них можно в музеях больших городов.

Несмотря на простоту, изобретение способствовало огромному скачку в распространении информации. В течение следующих столетий технология улучшалась. В самом начале станок печатал 25 страниц в час, а в 19 столетии уже 2400. Как рассчитана скорость печати станка Гутенберга: за 2 года создано 180 экземпляров книги, каждый насчитывает 1286 страниц — это 317 страниц в день. Или 25 страниц в час при здоровом 13-часовом рабочем дне.

Книги массового производства позволили информации распространяться подобно лесному пожару. Они стали доступными, образование перестало быть привилегией элит, миллионы людей получили доступ к книгам, и уровень грамотности взлетел вверх. Мысли одного человека могли быть переданы миллионам людей. Началась эпоха массовой коммуникации.

Книги позволили знаниям пересечь границы, и региональные башни знаний соединились в одну огромную башню, устремившуюся в стратосферу.

Человеческий колосс

Чем лучше становились человеческие коммуникации, тем больше человечество становилось похожим на единый организм, в котором общая башня знаний была мозгом, а мозги отдельных людей — нервами и мускулами. С наступлением эпохи массовой коммуникации начал расти человеческий колосс.

Имея в своей голове все человеческие знания, колосс стал изобретать то, что ни один человек не мог изобрести в одиночку. То, что всего несколько поколений назад люди посчитали бы фантастикой.

Запряжённые волами повозки превратились в локомотивы, лошади — в блестящие металлические машины, фонари — в лампочки, письма — в телефонные звонки, фабричные рабочие были заменены заводскими станками. Люди поднялись в небеса и дальше, в космос. Значение «массовой коммуникации» было переосмыслено, появились радио и телевидение. Мысль из головы одного человека могла мгновенно перемещаться в головы миллиарда людей.

Если основная мотивация отдельного человека — продолжение рода, то человеческого колосса макроэкономические силы мотивируют на создание ценности. А это означает стремление к изобретению новых и лучших технологий. С каждым изобретением он делал это лучше и быстрее.

В середине 20-го века человеческий колосс начал работу над самым амбициозным изобретением.

Он давно понял, что лучший способ создавать ценность — это изобретать создающие ценность машины. Со множеством задач машины справляются лучше людей. Высвобождается огромное количество человеческого времени и энергии, которые можно направить на инновации. Заводские станки разгрузили руки, автомобили — ноги, и всё это благодаря работе мозга. А что если мозговую работу тоже перепоручить машинам?

Первые цифровые компьютеры появились в 1940-х.

Один из видов мозговой работы, которым могут заниматься машины, — хранение информации. Люди уже хранили информацию с помощью книг, компьютеры стали просто улучшением. Так же как автомобили заменили лошадей.

С обработкой информации было иначе, так как такой вид работы люди никогда никому не перепоручали. Человеческий колосс всегда обрабатывал информацию самостоятельно, но компьютеры это изменили.

Заводские станки выполняют физические действия: внутрь машины помещаются материалы, она их физически обрабатывает и выдаёт результат. Компьютеры могут делать то же самое с информацией. Программное обеспечение — станок для обработки информации.

Новые машины для хранения и обработки данных оказались весьма полезными. Компьютеры стали играть важную роль в ежедневных операциях компаний и правительств. В конце 1980-х стало нормой то, что у человека может быть собственный электронный мозг.

А потом случился новый скачок.

В начале 90-х мы научили миллионы изолированных электронных мозгов связываться друг с другом. Они сформировали всемирную компьютерную сеть, и родился новый гигант — компьютерный колосс.

Компьютерный колосс и огромная сформированная им сеть были для человеческого колосса как шпинат для моряка Попая (герой американских комиксов и мультфильмов, который становился очень сильным, съедая банку шпината).

Если люди были нервами и мускулами в теле человеческого колосса, то интернет стал первой нормальной нервной системой. Между узлами появилась связь, и информация стала перемещаться со скоростью света. Благодаря этому человеческий колосс стал более быстрым и гибким мыслителем.

Интернет дал миллиардам людей мгновенный, бесплатный и легко находимый доступ к общечеловеческой башне знаний, которая по высоте была уже выше луны. Человеческий колосс поумнел и стал учиться ещё быстрее.

И если отдельные компьютеры расширяли возможности мозга для отдельных людей, компаний или правительств, компьютерный колосс расширял возможности мозга самого человеческого колосса.

С первой настоящей нервной системой, улучшенным мозгом и мощным новым инструментом, изобретения человеческого колосса перешли на новый уровень. Понимая, насколько полезным оказался его компьютерный друг, значительные силы колосс направил на улучшение компьютерных технологий.

Он сделал компьютеры быстрее и дешевле, интернет — скоростным и беспроводным, чипы — настолько маленькими, что компьютеры оказались в кармане у каждого.

Каждая инновация была словно грузовик со шпинатом для моряка Попая.

Сейчас человеческий колосс приметил идею покруче, чем грузовик со шпинатом. Компьютеры изменили правила игры, помогая людям решать связанные с мозгом задачи и позволяя им лучше функционировать как отдельные организмы. Но остался один вид мозговой деятельности, который им ещё не доступен, — мышление.

Компьютеры могут хранить и упорядочивать информацию, а также запускать сложные программы для её обработки. Программы могут даже учиться, но они не способны мыслить, как люди. Человеческий колосс знает, что всё было порождено его умением креативно и независимо рассуждать, а значит, самым крутым улучшением мозга станет инструмент, способный мыслить по-настоящему самостоятельно. Неизвестно, что будет, когда компьютерный колосс однажды откроет глаза и станет мыслить, но стремление к повышению ценности и развитию технологий подталкивают человеческого колосса к тому, чтобы это выяснить.

Мозг

Начнём снаружи. Человеческая голова похожа на матрёшку, состоящую не только из волос и скальпа. На самом деле там 19 разных слоёв и только потом — череп.

Между черепом и мозгом тоже много всего. Кстати, мужской череп всего около 7,1 мм толщиной, а женский — 6,5 мм.

Под черепом мозг окружают 3 мембраны:

  1. Твёрдая мозговая оболочка (dura mater) — прочный водонепроницаемый слой, расположенный вплотную к черепу. Мозг не может чувствовать боль, а твёрдая оболочка может, она такая же чувствительная, как кожа на лице. Часто сильная головная боль происходит из-за давления на твёрдую оболочку или её ушиба;
  2. Паутинная мозговая оболочка (arachnoid) — слой кожи и пространство с эластичными волокнами, которые стабилизируют положение мозга и не позволяют ему слишком сильно смещаться. Они амортизируют, когда голова с чем-то сталкивается. Свободное пространство внутри паутинной оболочки заполнено спинномозговой жидкостью, и так как плотность мозга аналогична плотности воды, он как бы в ней плавает;
  3. Мягкая мозговая оболочка (pia mater) — тонкий слой кожи, сливающийся с наружной поверхностью мозга. Мозг обычно можно увидеть покрытым неприятными кровеносными сосудами, на самом деле они — часть мягкой оболочки. (Если не брезгуете — видео, на которой мягкая оболочка снимается с поверхности мозга.)

Вот все эти слои на одной фотографии (скорее всего, на примере свиной головы): розовая кожа слева, затем 2 слоя скальпа, затем череп и твёрдая оболочка, паутинная оболочка, мягкая оболочка и мозг справа.

Если убрать всё, кроме мозга, останется следующее:

Эта забавная штука — самый сложный из всех известных нам объектов во вселенной. Нейроинженер Тим Хэнсон называет его «одним из самых информационно плотных, структурированных и самоорганизующихся материалов». Весит около 3 фунтов (1,36 кг) и потребляет 20 Вт энергии (компьютерный эквивалент потребляет 24 млн Вт).

Профессор MIT Полина Аникеева называет его «мягким пудингом, который можно зачёрпывать ложкой». Нейрохирург Бен Рапопорт даёт более точное определение: «Нечто среднее между пудингом и желе». Он рассказал, что если положить мозг на стол, то под действием гравитации он расплывётся как медуза. Сложно представить, что он такой мягкий, так как обычно он находится в воде.

Но это то, что мы есть. Мы смотрим в зеркало, видим тело с лицом и думаем, что это мы, но это лишь машина, которой мы управляем. На самом деле мы — желе забавной шарообразной формы. Надеюсь, вы готовы принять это.

Поэтому нельзя винить Аристотеля, древних египтян и многих других, кто считал мозг отчасти бессмысленной «черепной начинкой». Например, Аристотель думал, что именно сердце было центром разума.

В конце концов люди разобрались, в чём дело. Но лишь отчасти.

Профессор Кришна Шеной сравнивает наше понимание мозга с представлением о карте мира в начале 1500-х.

Профессор Джефф Лихтман ещё жёстче. Он спрашивает студентов: «Если полное понимание мозга — это путь длинной в милю, сколько, по-вашему, мы прошли?» Студенты отвечают, что три четверти или половину. Но реальный ответ, по мнению профессора, — около 3 дюймов (7,6 см).

Третий профессор, нейробиолог Моран Серф, рассказал старую нейробиологическую поговорку, похожую на уловку-22:

Если бы мозг был таким простым, чтобы мы могли в нём разобраться, мы были бы недостаточно умными, чтобы сделать это.

Возможно, с помощью строящейся башни знаний мы когда-нибудь пройдём эту милю.

Впервые опубликовано в рассылке 23 и 30 апреля 2017 года.

Опечатка? Выделите её и нажмите кнопки Control и Enter.

Технологии цифрового маркетинга — книга, где я был соавтором (параграф про создание сайта) и литературным редактором (привёл текст к единой стилистике и упростил формулировки). От 250 рублей.

Теперь электронную версию можно купить и читать на Литресе.