Сознание как энтропия: новое объяснение ученых
Вы когда-нибудь задумывались, что ваше «я» — это просто… физика? Звучит как научная фантастика, но группа исследователей только что представила доказательства того, что сознание может быть прямым следствием фундаментального закона Вселенной — закона энтропии. Да-да, того самого, что заставляет наш мир стремиться к беспорядку.
В термодинамике энтропия — это неутешительный, но неумолимый переход любой системы из состояния идеального порядка в полный хаос. Чем больше энтропия, тем выше уровень дезорганизации. Физики любят вспоминать, что после Большого взрыва Вселенная была аккуратной и «низкоэнтропийной», но с тех пор она только «разбалтывается», и этот процесс необратим, как старение или стрелка часов. И вот теперь нейробиологи с удивлением обнаружили, что тот же самый принцип, судя по всему, управляет и связями между нашими нейронами.
Но главный вопрос, который мучил ученых из Университета Торонто и Университета Париж Декарт, звучал так: какой именно тип «организационного бардака» в нашей голове позволяет нам осознавать себя? «Мы стремились определить глобальные характеристики организации мозга, оптимальные для сенсорной обработки информации и способные определять возникновение сознания«, — объясняют они на страницах журнала Physical Review E.
Наблюдая за мозгом, мы видим, что его активность постоянно колеблется. Нейроны то затихают, то вспыхивают синхронно, как толпа на стадионе. И долгое время считалось, что именно высокая синхронизация (когда все «кричат» хором) и есть признак работы. Но не тут-то было. Предыдущие опыты уже намекали: сознание — это не стройный хор, а скорее оживленная, немного хаотичная дискуссия со средним уровнем шума. Ученые из Парижа и Торонто пошли дальше: они предположили, что дело не в силе связей, а в их вариативности. В том, сколько разных способов «пообщаться» есть у нейронов в каждый момент времени. И это меняет всё.
Так что же, мыслить — значит хаотить?
Чтобы проверить эту дерзкую гипотезу, исследователи применили к нейронным сетям методы статистической механики. Этот подход обычно используют для расчета сложных термодинамических свойств газов и жидкостей, а тут — для анализа того, как синхронно «загораются» разные группы нейронов. Это позволило с математической точностью оценить, насколько гибко и разнообразно они связаны.
Представьте себе, что мозг может организовывать свои связи миллионом разных способов. Для эксперимента собрали данные электроэнцефалограммы у девяти человек, семеро из которых страдали эпилепсией. Сначала сравнили паттерны связей во сне и в бодрствовании. А затем — самое интересное: проанализировали мозг пациентов с эпилепсией во время приступов (состояние явно неосознанное) и в спокойном, обычном состоянии. Все полученные данные объединили, чтобы рассчитать тот самый уровень энтропии. И картина сложилась удивительно четкая: как только человек просыпался и начинал осознавать реальность, его мозг буквально «взрывался» энтропией. Она была стабильно выше, чем во сне или во время припадка.
Исследователи считают, что, максимизируя этот самый «полезный хаос», наш мозг достигает пика эффективности в обмене информацией между нейронами. Это как если бы вы открыли все окна и двери в душной комнате одновременно, чтобы сквозняк (информация) гулял свободно. Именно это состояние позволяет нам четко воспринимать мир и мгновенно на него реагировать. Получается, наше хваленое сознание — всего лишь побочный эффект, эмерджентное свойство, которое возникает, когда физическая система достигает нужной степени «термодинамической свободы».
Красивая теория, не правда ли? Но прежде чем мы начнем считать степень своей осознанности по термометру, стоит оглянуться на недостатки. Авторы исследования первыми признают: выборка крошечная, всего девять человек. Руководитель работы Рамон Гевара Эрра из Парижского университета Декарта и вовсе призывает быть осторожными с термином «энтропия» в таком контексте — слишком уж он перегружен смыслами.
Чтобы подтвердить догадку, нужны масштабные эксперименты. Например, с помощью МРТ можно измерить оксигенацию мозга — свойство, связанное с метаболизмом и выделением тепла, а значит, и напрямую с энтропией. А как было бы интересно вывести науку из больничных стен! Можно проанализировать активность мозга пианиста, играющего сложный этюд, или человека, погруженного в прослушивание любимой симфонии. Вдруг мы научимся измерять вдохновение и творчество в тех же единицах, что и температуру?
