Питер Годфри-Смит - Чужой разум. Осьминоги, море и глубинные истоки сознания

Нервная система состоит из множества элементов, но важнейшие из них — это клетки необычной формы, которые называются нейронами . Их длинные отростки и сложные разветвления образуют лабиринт в наших головах и других частях тела.

Активность нейронов зависит от двух факторов. Первый — их электрическая возбудимость, проявляющаяся в первую очередь как нервный импульс , электрический спазм, проходящий через клетку в ходе цепной реакции. Второй — химическая чувствительность и обмен сигналами. Нейрон выпускает микроскопические брызги того или иного вещества в синаптическую щель между собой и соседним нейроном. Эти вещества распознаются другим нейроном и помогают запустить (или подавить) в нем нервный импульс, который называют также потенциалом действия. Подобное химическое взаимодействие — наследие древней системы коммуникации между организмами, «загнанное» внутрь. Потенциал действия имелся и у древних клеток до появления животных, и в наши дни существует не только у животных. Вообще-то впервые он был измерен у растения — венериной мухоловки, с которой работал Чарльз Дарвин в XIX веке. Даже у некоторых одноклеточных есть потенциал действия.

Нервная система позволяет не просто обмениваться сигналами между клетками — это и так обычное явление, — она обеспечивает особые виды коммуникации [24] В биологии из правил почти всегда есть исключения: между частью нейронов имеются прямые электрические связи, и им необязательно прибегать к химическим сигналам, чтобы установить сообщение. Кроме того, не все нейроны обладают потенциалом действия. Например, на тот момент, когда пишется эта книга, неясно, используется ли вообще потенциал действия как таковой в нервной системе нематоды Caenorhabditis elegans , маленького червячка, который является важным модельным объектом в биологии. Возможно, ее система работает лишь с более плавными («аналоговыми») и менее «цифровыми» изменениями электрических свойств нейронов. . Во-первых, нервная система работает быстро . Темп жизни растений, за исключением редких случаев вроде венериной мухоловки, гораздо медленнее. Во-вторых, длинные тонкие отростки нейрона позволяют одной клетке протягиваться через мозг или тело на определенное расстояние и воздействовать лишь на некоторые клетки вдалеке от себя — воздействие целенаправленно . Эволюция преобразила межклеточную коммуникацию из простой рассылки клетками сигналов сородичам, случайно оказавшимся поблизости, в нечто иное — упорядоченную сеть [25] К дискуссии об эволюции нейронов см.: Leonid Moroz, «Convergent Evolution of Neural Systems in Ctenophores», Journal of Experimental Biology, 218 (2015): 598–611; Michael Nickel, «Evolutionary Emergence of Synaptic Nervous Systems: What Can We Learn from the Non-Synaptic, Nerveless Porifera?» Invertebrate Biology, 129, no. 1 (2010): 1–16; Tomás Ryan and Seth Grant, «The Origin and Evolution of Synapses», Nature Reviews Neuroscience, 10 (2009): 701–712. Обзор несмолкающих дебатов — в статье: Benjamin Liebeskind et al., «Complex Homology and the Evolution of Nervous Systems», Trends in Ecology and Evolution, 31, no. 2 (2016): 127–135. Некоторые биологи утверждают, что и у растений есть нервная система. См. Michael Pollan, «The Intelligent Plant», New Yorker , December 23, 2013: 93–105. . В нервной системе наподобие нашей это порождает постоянный электрический шум, симфонию микроскопических конвульсий клеток, обменивающихся брызгами химических веществ через щели там, где одна клетка взаимодействует с другой.

Эта бурная внутренняя жизнь ко всему прочему затратна . Жизнеобеспечение и деятельность нейронов требует огромного количества энергии. Создавать нервные импульсы — это все равно что постоянно заряжать и разряжать батарейку сотни раз в секунду. У животных вроде нас солидная доля энергии, потребляемой с пищей — в нашем случае около четверти, — уходит только на поддержание функций мозга. Любая нервная система — машина, дорогая в обслуживании. Скоро я расскажу об истории этой машины, о том, когда и как она могла возникнуть. Но вначале я уделю немного времени общему вопросу, зачем она нужна.

В чем выгода иметь подобный мозг или вообще нервную систему? Для чего они? Как мне представляется, люди, задающиеся этим вопросом, руководствуются двумя моделями [26] Знакомством с историей этой полемики и ее значением я обязан работам Фреда Кейзера ( Fred Keijzer ) и беседам с ним. Обе модели, обсуждаемые здесь, исходят из посылки, что нервная система предназначена главным образом для управления поведением . Это упрощение, поскольку нервные системы выполняют и множество других функций. Они управляют физиологическими процессами, такими как циклы сна и бодрствования, и руководят изменениями организма на макроуровне, такими как метаморфоз. Здесь, однако, я сосредоточу внимание на поведении. Первая традиция, ставящая во главу угла сенсомоторный контроль, естественно вытекает из предшествующих философских воззрений, но эксплицитно она была впервые сформулирована, по-видимому, в книге Джорджа Паркера «Элементарная нервная система» (George Parker, The Elementary Nervous System. Philadelphia and London: J. B. Lippincott, 1919). Особенно интересные работы в рамках теории Паркера принадлежат Джорджу Мэки — см. George Mackie, «The Elementary Nervous System Revisited», American Zoologist (ныне Integrative and Comparative Biology ), 30, no. 4 (1990): 907–920; Meech and Mackie, «Evolution of Excitability in Lower Metazoans», in Invertebrate Neurobiology , ed. Geoffrey North and Ralph Greenspan, 581–615 (Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2007). Эту традицию продолжает Гашпар Екей (Gáspár Jékely, «Origin and Early Evolution of Neural Circuits for the Control of Ciliary Locomotion», Proceedings of the Royal Society B, 278 (2011): 914–922). Совместно с Кейзером и Екеем мы написали статью, объединяющую наши гипотезы о функциях нервной системы и ее древнейшей эволюции: Jékely, Keijzer, and Godfrey-Smith, «An Option Space for Early Neural Evolution», Philosophical Transactions of the Royal Society B, 370 (2015): 20150181. . Эти модели ясно прослеживаются в научных исследованиях, и они же составляют подоплеку философии; они укоренены глубоко. Согласно первой модели, изначальная и основная функция нервной системы — связь между восприятием и действием . Мозг существует, чтобы руководить действием, а единственный способ эффективно «руководить» им — связывать то, что мы делаем, с тем, что мы видим (осязаем, чувствуем на вкус и т. д.). Чувства отслеживают, что происходит в окружающей среде, а нервная система использует эту информацию для принятия решений, что делать. Назовем это сенсомоторной теорией нервной системы и ее функций.