Одно из объяснений, как это происходит, находится в области математики и называется байесовский вывод, по имени математика XVIII века Томаса Байеса. Теория предлагает способ вычисления вероятности будущего события, основываясь на имеющемся опыте и поступающих новых данных. Нейробиологи десятилетиями рассуждали, как мозг использует этот принцип для построения прогнозов, но Карл Фристон из Университетского колледжа Лондона пошел другим путем.
Фристон исследовал механизм, с помощью которого мозг снижает вероятность ошибок, возможных при байесовских выводах, – другими словами, как мозг избегает сюрпризов. Ученый понял, что для математического описания этих процессов можно использовать математику термодинамических систем, таких как паровой двигатель, и предложил теорию, которую назвал «принципом свободной энергии». Так как прогноз занимает центральное место в работе мозга, Фристон считает, что принцип содержит общий закон для большей части (или для всей) нейронной активности – в плане описательности и простоты это нейрофизиологический эквивалент закона E = mc>2.
С помощью принципа свободной энергии Фристон описал, как нейроны посылают сигналы назад и вперед в зрительной коре в ответ на поступающие картинки. Он считает, что теория объясняет и некоторые наши физические действия. Ученый симулировал движения глаз при выборе нами знакомых и незнакомых образов и предположил, что таким образом мозг выстраивает картинку с каждым движением, минимизируя ошибки первоначального восприятия. В другой работе Фристон рассмотрел тонкую координацию руки, когда мы тянемся к предмету, и с помощью принципа свободной энергии описал, как мы регулируем движения мышц, объединяя внутренние сигналы от движения сустава с визуальной информацией.
Другие ученые с помощью этой теории объясняют некоторые удивительные проявления мозга. Дирк Де Риддер из Медицинской школы Университета Отаго в Данидине, Новая Зеландия, с помощью этого принципа описал фантомные боли и звуки, которые возникают во время сенсорной депривации. Ученый предполагает, что это следствие нейронных процессов, когда мозг лихорадочно пытается предсказать будущие события в ситуации почти полного отсутствия информации для прогноза.
Все эти разговоры о нейронах, соединениях и математических законах несколько огорчают. Неужели наши надежды, любовь и само существование в действительности просто следствие прохождения электрического тока по массе серых тканей? «Да», – отвечает нейрофилософ Патриция Чёрчленд из Калифорнийского университета в Сан-Диего, но такая реальность должна вдохновлять нас, а не пугать.
– Вы считаете открытия в нейронауке равноценными таким открытиям, как вращение Земли вокруг Солнца, или что сердце – это насос. Что общего в этих идеях?
– Они подрывают устоявшуюся структуру предположений об устройстве мира. Для христиан было очень важно, что Земля – центр Вселенной. Точно так же многие верили, что именно сердце каким-то образом делает нас людьми, но оказалось, что оно – насос из мяса.
Я думаю, то же самое касается понимания, что наше бодрствование, сон, злость, страх – это просто функции физического мозга. Принять нашу нейронную суть очень непросто. Это назвали «нейроэкзистенциализмом», и это довольно точное определение. Мы не привыкли думать о себе подобным образом.
– Почему нам так сложно увидеть, чем мы являемся на самом деле?
– Отчасти это связано с эволюцией нервных систем. Нужно ли мозгу знать о себе? Мы можем прекрасно обойтись без этой информации, как обходимся без знаний о том, как печень отфильтровывает токсины. Но прекрасно, конечно, что наука позволяет нам знать.