Когнитивные градиенты и когнитивные иерархии

Когнитивные градиенты и когнитивные иерархии

Для объяснения работы новой коры (неокортекса) часто используется дидактический приём. Этот приём прост, но эвристически эффективен. Он базируется на понятии трёхуровневой иерархии в новой коре.

В заднем отделе полушария первый уровень иерархии состоит из первичных сенсорных проекционных зон. Они организованы «стимулотопическим» образом, что приблизительно означает поточечную проекцию поля стимулов на поле коры. Проекции являются непрерывными (или, как говорят математики, «гомеоморфными»). Это означает, что смежные точки поля стимулов проецируются на смежные точки кортикального пространства. Первичные области сенсорной проекции включают ретинотопическую проекцию в зрительной коре затылочной доли, соматотопическую проекцию в соматосенсорной коре теменной доли и «частотнотопическую» проекцию в слуховой коре височной доли. В лобной доле первый уровень иерархии представлен моторной корой, которая также является соматотопической. Соответствие между пространствами стимулов и первичными проекционными зонами топологически корректно, но метрически деформировано. Различные области коры связаны с различными частями стимульного пространства не на основе их относительных размеров, но на основе их относительной важности.

Второй уровень иерархии состоит из областей коры, которые вовлечены в более сложную переработку информации. Эти области не организованы стимулотопическим образом. Однако каждая из этих областей все ещё привязана к конкретной модальности. Эти области коры, называемые модально-специфическими отделами ассоциативной коры, являются смежными с первичными проекционными зонами коры.

Наконец, третий уровень иерархии состоит из областей коры, которые появляются на поздних стадиях эволюции мозга и считаются играющими центральную роль в наиболее сложных аспектах переработки информации. Они не связаны с какой-то одной модальностью. Вместо этого, функцией этих зон коры является интеграция входных сигналов, приходящих от многих модальностей. Они называются гетеромодальной ассоциативной корой и включают нижневисочную кору, нижнетеменную кору и, разумеется, префронтальную кору.

Когда эффекты от повреждений мозга изучаются реалистически и без явных предубеждений, возникает картина мозга, весьма отличная от модулярной. Повреждение смежных частей коры порождает сходные, но не идентичные когнитивные потери. Этот паттерн свидетельствует о том, что смежные области неокортекса выполняют сходные когнитивные функции, и что постепенный переход от одной когнитивной функции к другой соответствует постепенной, непрерывной траектории на поверхности коры. Принцип, по которому когнитивные функции распределены по коре, является градуированным и непрерывным, а не модулярным и инкапсулированным. Этот принцип организации, который я назвал «градиентным», в особенности применим к гетеромодальной ассоциативной коре; возможно в меньшей степени к модально-специфическим отделам ассоциативной коры и менее всего к первичной проекционной коре, которая сохраняет сильно модулярные свойства.

Понятие когнитивного градиента впервые возникло у меня в конце 1960-х годов, когда я начал слушать курс нейропсихологии. Вместе с другими студентами я столкнулся с калейдоскопом нейропсихологических синдромов, бесконечным и несвязанным перечнем. Я чувствовал, что мне требуется автодидактический метод, который позволил бы мне организовать эти нейропсихологические синдромы в связанную упрощающую схему. Градиентная модель превосходно служила этой цели, так как она позволяла мне скорее интерполировать синдромы, чем запоминать их наизусть. Затем я пришёл к пониманию того, что градиентное понятие корковой функциональной организации является также мощным концептуальным и объяснительным средством в осмыслении мозга и мозговых расстройств, значительно более мощным, чем доминировавший в то время взгляд на кору как состоящую из дискретных функциональных областей. Наряду со всем прочим, мои градиенты позволяли мне точно предсказывать эффекты от конкретных повреждений мозга, ещё не видя их эмпирически, и мне эта игра доставляла большое удовольствие. Это также помогало объяснить, как приобретали свои функции различные части новой коры. Я начал думать о моих градиентах как о нейропсихологическом аналоге периодической таблицы элементов Менделеева.

Первым человеком, с которым я поделился моей градиентной теорией, был Эхтибар Джафаров из Баку. Эхтибар, тоже студент факультета психологии Московского государственного университета, несколькими курсами младше меня, был моим протеже. Блестящий эрудит и математический вундеркинд, он служил показательным примером культурных противоречий. Обладая творческим и строгим умом, полностью адаптированным к западной философии и литературе, он, тем не менее, сохранял свои восточные нравы.

Благодаря стечению обстоятельств, я, вероятно, несу ответственность за поступление Эхтибара в университет. Аспирантов часто просили интервьюировать абитуриентов, что было частью процедуры приёма. Деканат предупредил нас, что факультет психологии имеет особую привлекательность для «психически неустойчивых» абитуриентов. В свете этого опасения и в духе культуры, в которой мы жили, мы были проинструктированы отслеживать абитуриентов-«психов» и тайком делать на их личных делах магическую пометку — чёрную метку мечтаниям абитуриента о Московском университете.

И вот в знойный июльский полдень я сидел в душной аудитории старого здания Московского университета на Манежной площади. Как я ни заставлял себя слушать невнятную речь юного оболтуса, сидевшего напротив меня, моё внимание отвлекалось. В это время моя приятельница Наташа Калита за смежным столом интервьюировала безукоризненно одетого, долговязого южанина с черными как смоль волосами. Юноша, которому на вид не было ещё двадцати, говорил на превосходном русском языке, но с характерным кавказским акцентом. От скуки я начал прислушиваться к их разговору. Молодой южанин говорил о теореме Гёделя, в то время как Наташины все более соловевшие глаза выражали полное непонимание. Когда южанин перешёл к машине Тьюринга, я увидел, как рука Наташи потянулась к магическому карандашу. Но я уже почувствовал родственный дух и очень быстро предложил Наташе поменяться абитуриентами. Она взяла моего бессвязного оболтуса, а я закончил интервью с молодым южанином.

Я написал хвалебное заключение, и Эхтибар стал студентом-первокурсником, возможно, самым ярким на факультете психологии. В результате описанного знакомства он привязался ко мне и видел во мне своего защитника. Между нами быстро появилось взаимное интеллектуальное уважение и мы стали обсуждать наши далеко идущие идеи и теории.

Когда несколькими годами позднее я был готов покинуть страну, Эхтибар прилетел из Москвы в Ригу, чтобы попрощаться. Мы провели вечер в тихой беседе в гостиной квартиры моих родителей на третьем этаже. Как «персона нон грата» и «изменник Родины», я подозревал, что квартира прослушивалась, и мы предусмотрительно удалили из комнаты и отключили телефон (большинство советских людей считали телефон самым распространённым устройством для прослушивания квартир). Много лет спустя Эхтибар рассказал мне, что по возвращении в Москву он был вызван в КГБ, где его спрашивали о целях его поездки ко мне и предъявляли подробное содержание нашей прощальной беседы как доказательство всеведения органов госбезопасности. Я не знаю, как они записали на магнитофон нашу беседу. Я могу только предполагать, что на улице рядом с домом был припаркован грузовик, начинённый подслушивающим оборудованием. Хотя у меня оставалось мало иллюзий о правителях моей страны, я нашёл эту историю ошеломляющей, но скорее печальной, чем возмутительной. Я не был активным диссидентом; по всем рациональным стандартам, я был политическим никем. И это показатель того, как использовались ресурсы в стране, не славившейся своим богатством, всего за полтора десятилетия до её окончательного распада под своей собственной тяжестью.

Итак, Эхтибар был тем, кому я поведал мою доморощенную градиентную теорию, которая резко отличалась от всего, что нам преподавали о мозге. Это было сделано стильно, за обедом с красным грузинским вином и видом на панораму Москвы из ресторана, расположенного на верхнем этаже здания гостиницы Министерства обороны, которое студенты называли «Пентагоном», неподалёку от университетского городка. Выбор места для обеда был весьма ироничным, так как я — с молчаливого согласия Лурии — как раз тогда пытался избежать советского военного призыва, что было весьма опасным предприятием в то время и в том месте.

Эхтибар был впечатлён идеей и поддержал её. Поэтому я решил продвинуть её далее и на следующий день обсудил её с Александром Романовичем. Я всегда думал о моей градиентной модели как о прямом и непосредственном порождении подхода самого Лурии к отношениям между мозгом и психикой. Но, к моему удивлению, он не стал рассматривать её в таком свете и фактически отклонил в пользу более традиционной «локализационной» концепции. Одна из хороших черт Лурии заключалась в том, что с ним можно было не соглашаться в научном споре без риска подорвать личные отношения. Даже когда он не разделял ваши идеи, он не чувствовал, что они ему угрожают. Его реакция не имела ничего общего с раздражением; она могла варьировать в диапазоне от энтузиазма до благожелательного безразличия, и именно последнее было его реакцией на мою теорию.

Мне удалось описать мою градиентную теорию только 15-ю годами позднее, в 1986 году, когда я получил возможность провести год в качестве приглашённого исследователя в Институте высших исследований Еврейского университета в Иерусалиме. Когда журнальная статья, в которой я ввел понятие когнитивного «кортикального градиента», была наконец опубликована в 1989 году36 и затем перепечатана как глава книги37, она была большей частью проигнорирована.

Понятие модулярности было слишком распространённым и привлекало своей простотой. Но сегодня модулярность отступает, а градиентная теория мозговой коры находится на подъёме. Я убеждён, что это является подлинным сдвигом парадигмы в когнитивной нейронауке и, как каждый сдвиг парадигмы, он даётся с трудом. В примечательном эссе «Скотома: забывание и игнорирование в науке» Оливер Сакс уподобляет нынешние изменения в наших взглядах на мозг сдвигу парадигмы в физике в начале двадцатого века38. Это было время, когда ньютонова физика дискретных тел была заменена новой физикой поля — электрического, магнитного и гравитационного.

Как я показываю далее в этой книге, понятие модулярности не следует отвергать полностью. Модулярность, вероятно, адекватно описывает архаический принцип нейронной организации, который позднее в ходе эволюции был подчинён градиентному принципу И если это так, то существует поразительная параллель между эволюцией мозга и интеллектуальной эволюцией того, как мы думаем о мозге. Как и эволюция самого мозга, эволюция наших теорий о мозге характеризовалась сдвигом парадигмы от модулярности к интерактивности.