Нейроны отличаются от других клеток тела: они имеют вытянутую, нитевидную форму. В каждом нейроне имеется аксон – самая длинная «нить», на кончике разветвляющаяся на сотни тысяч отростков-дендритов. Крохотное пространство между нейронами называется синапсом, через синапсы проходят электрические сигналы, связывая нейроны друг с другом.
Каждый раз, когда мы о чем-то думаем или что-то делаем, между нейронами возникают новые связи – по словам нейробиолога Дэвида Иглмана, в одном кубическом сантиметре мозга их столько же, сколько звезд в Млечном Пути.
Не количество нейронов, а количество этих связей и составляет наши ум, опыт, воспоминания, в общем – нас самих. Когда мы что-то запоминаем и повторяем, нейронные связи крепнут, в ином случае – распадаются.
В ходе эволюции мозг усложнялся. Можно выделить три его структуры:
• Рептильный мозг – самая древняя часть мозга, отвечающая за базовые жизненные функции вроде дыхания и сердцебиения. К рептильному мозгу относятся, например, мозговой ствол и мозжечок. Эта часть мозга не управляется сознанием (поэтому мы не можем силой воли заставить сердце не биться).
• Лимбическая система – разнообразные структуры, которые не сгруппированы в одном месте, а разбросаны по всему мозгу (гипоталамус, миндалевидное тело и пр.). Они отвечают за наше ощущение жизни: эмоции, аппетит, воспоминания.
• Неокортекс – верхний слой полушарий мозга, то самое серое вещество, которое мы видим на всех картинках. Неокортекс есть только у млекопитающих, и только у человека он развился в наибольшей степени. Неокортекс отвечает за высшие сознательные функции, мышление, речь. Слой неокортекса – около 2,5 мм: в этой тонкой пленке сосредоточены все наши знания, вся человеческая цивилизация.
Нейроны в неокортексе располагаются слоями и при этом группируются в вертикальные колонки (их называют кортикальными). Каждая колонка уходит на всю глубину неокортекса, в ширину же занимает около квадратного миллиметра. Всего таких колонок около 150 тысяч (каждая из них делится еще на несколько колонок). Представьте сотни тысяч маленьких соломинок, плотно приставленных друг к другу, – вот на что похож неокортекс.
Ученые догадались о существовании колонок, когда заметили на снимках одновременную реакцию целых групп нейронов на определенный раздражитель: одна колонка оказывается связанной с сетчаткой глаза, другая отзывается на некий звук и т. д.
Теория Хокинса связана именно с работой неокортекса. Она поновому отвечает на главный вопрос, который десятки лет заботит всех нейробиологов: как мы, собственно, думаем[1]. Ежечасно, ежесекундно мозг поглощает огромное количество информации из внешнего мира. А что с ней происходит дальше?
Хокинс обращает внимание на то, что, хотя неокортекс разделен на зоны речи, зрения, слуха, составляющие их нервные клетки удивительно похожи. Нейроны специализированы, но не в силу разного биологического устройства, а в силу того, к каким рецепторам (зрительным, обонятельным и др.) «подключены». Иными словами, каждый нейрон по своей природе – универсальный солдат, работа которого подчиняется одному принципу. Какому же?
Воспринимая мир вокруг себя, мы полагаем, что наше сознание просто отражает его. Но дело обстоит несколько иначе. Мозг не отражает мир вокруг нас – он создает его модель на основе постоянных, ежесекундных предсказаний. Предсказания – вот ключевая функция неокортекса.
Рождаясь, мы не знаем о мире ничего, но с каждым днем новой жизни получаем какой-то опыт. Мы начинаем разбираться, каким мир должен быть, исходя из увиденного и услышанного. Ключевые слова здесь – «должен быть». Добавляя сахар в кофе, мы ожидаем, что вкус напитка будет сладким. Дергая за ручку двери, мы ожидаем, что дверь откроется. Поскольку кофе с сахаром в самом деле оказывается сладким, а двери открываются, мы воспринимаем это как должное.
Но мир вокруг непостоянен, и сами мы меняемся. Это значит, что в каждый момент мозг корректирует нашу картину мира. Это и есть обучение. Если бы мир не менялся, учиться было бы нечему. Как известно, движение – жизнь. Эту старую мысль стоит дополнить: сам процесс мышления основан на ориентации в изменчивом пространстве.
Как именно кортикальные колонки порождают мышление? Ключевая догадка Хокинса: каждая из колонок создает модель кусочка реальности, устанавливая некую систему координат. Мозгу важно знать, в каких обстоятельствах он находится! Вот вы берете в руку чашку с кофе, подносите ее к губам, делаете глоток. Каждый сенсорный сигнал – все, что вы в этот момент видите и ощущаете, – регистрируется кортикальными колонками в определенной системе отсчета. Ваши губы относительно края чашки – одни координаты, ваши пальцы, сжимающие чашку, –