Таким образом, события окружающего мира влияют на способность вашей ПФК сопротивляться желанию съесть еще M&M\'s или принять простое и легкое судебное решение. Еще одним важным фактором выступает химия мозга, определяющая, насколько соблазнительным кажется искушение. Этот эффект связан с нейромедиатором дофамином, который выделяется в ПФК из нейронов, приходящих туда из прилежащего ядра, которое является частью лимбической системы. Что делает дофамин в ПФК? Сигнализирует о значимости соблазна, о том, насколько живо ваши нейроны воображают себе манящий вкус M&M\'s. Чем больше дофамина выделяется в ПФК, тем сильнее соблазн и тем сложнее ПФК сопротивляться. Повысьте уровень дофамина в ПФК, и вам вдруг станет трудно сдерживать свои порывы[103]. И, как и следовало ожидать, существует целая вселенная факторов, не зависящих от вас и влияющих на количество дофамина, насыщающего вашу ПФК (то есть, чтобы понять, как работает дофаминовая система, снова не обойтись без анализа «за секунду до» и «за столетие до»){132}.

В секунды и часы, предшествующие событию, сенсорная информация без вашего ведома модулирует работу ПФК. Дайте испытуемой понюхать пузырек с потом напуганного человека, и ее миндалина активируется так, что ПФК будет трудно ее обуздать[104]. Хотите быстро изменить работу лобной коры среднестатистического гетеросексуального мужчины? Подвергните его воздействию определенного стимула, и его ПФК с большей вероятностью решит, что перейти дорогу в неположенном месте – прекрасная идея. Что это за стимул? Близость привлекательной женщины. Жалкое зрелище, не спорю[105]{133}.

Таким образом, самые разные вещи, часто не зависящие от вас – стресс, боль, голод, усталость, запах пота, человек, попавший в поле периферийного зрения, – могут влиять на эффективность работы вашей ПФК. Как правило, без вашего ведома. Ни один судья, если его спросят, почему он только что вынес такое решение, не станет ссылаться на уровень глюкозы в крови. Вместо этого мы услышим философские рассуждения о каком-нибудь давно почившем бородатом типе в тоге.

Зададимся вопросом, взятым из предыдущей главы: доказывают ли подобные выводы, что такого понятия, как произвольное упорство, не существует? Даже если бы масштаб этих эффектов был огромным (а он редко бывает таким, хотя 65% против почти 0% условно-досрочно освобожденных в исследовании о влиянии голода на судей никак не назовешь незначительными), сами по себе они ничего не доказывают. Теперь увеличим угол обзора.

НАСЛЕДИЕ ПРЕДЫДУЩИХ ЧАСОВ И ДНЕЙ

Это приводит нас к тому, чтобы понять, как влияют на ПФК гормоны в тот момент, когда вам нужно продемонстрировать нечто, что можно интерпретировать как произвольное упорство.

Напомним уже известный нам из предыдущих глав факт: повышение уровня тестостерона за определенные часы и дни делает людей импульсивнее, повышает их уверенность в себе и склонность к риску, а также их эгоцентричность; щедрость и эмпатичность снижаются, зато повышается готовность отвечать агрессией на провокацию. Глюкокортикоиды и стресс ухудшают исполнительную функцию и контроль побуждений, а также повышают вероятность того, что люди станут упорствовать в привычной, неэффективной реакции на проблему, вместо того чтобы изменить стратегию. Не будем забывать об окситоцине, который укрепляет доверие, социальность и принятие другого, а также об эстрогене, который улучшает исполнительную функцию, кратковременную память и контроль побуждений, а в случае необходимости помогает людям быстро переключаться с одной задачи на другую{134}.

Многие из этих гормональных эффектов проявляются в ПФК. Если утром вы испытали сильный стресс, то к полудню глюкокортикоиды изменят экспрессию генов в длПФК, снизив ее возбудимость и способность связаться с миндалиной, и успокоят ее. Кроме того, стресс и глюкокортикоиды повышают возбудимость эмоциональной вмПФК, делая ее восприимчиее к негативной обратной связи в том, что касается социального поведения. К тому же стресс способствует высвобождению в ПФК нейромедиатора норадреналина (своего рода эквивалент адреналина в мозге), который также нарушает работу длПФК{135}.

Действуя в названном временном промежутке, тестостерон изменяет паттерн экспрессии генов в нейронах другой части ПФК (которую называют орбитофронтальной корой, ОФК): он повышает их чувствительность к тормозному нейромедиатору, успокаивает нейроны и ограничивает их способность доносить до лимбической системы голос разума. Кроме того, тестостерон нарушает связь между одной из частей ПФК и зоной, отвечающей за эмпатию; это объясняет, почему под действием этого гормона люди хуже оценивают эмоции собеседника по выражению его глаз. Окситоцин, напротив, оказывает просоциальное воздействие за счет того, что усиливает ОФК и изменяет скорость, с которой вмПФК утилизирует нейромедиаторы серотонин и дофамин. А есть еще эстроген, который не только увеличивает количество рецепторов к нейромедиатору ацетилхолину, но еще и изменяет структуру нейронов в вмПФК[106]{136}.

Надеюсь, вы еще не начали записывать и заучивать все эти сведения. Единственное, что вам требуется усвоить, – механическую природу всего происходящего. В зависимости от этапа менструального цикла, от того, день сейчас или ночь, от того, что кто-то приласкал вас так, что вы до сих пор таете, или напугал вас так, что вы до сих пор дрожите, – гайки и винтики вашей ПФК будут работать по-разному. Как и прежде, этих эффектов самих по себе недостаточно, чтобы разрушить миф об упорстве и настойчивости. Это всего лишь еще одна деталь мозаики.

НАСЛЕДИЕ ПРЕДЫДУЩИХ ДНЕЙ И ЛЕТ

В главе 3 рассказывается, как сильно могут измениться структура и функции мозга за такой промежуток времени. Вспомните, что в результате многолетней депрессии атрофируется гиппокамп, что травма, вызывающая посттравматическое стрессовое расстройство, увеличивает миндалину. Неудивительно, что по части нейропластичности и ПФК не исключение: она тоже меняется в ответ на опыт. Если в течение многих лет страдать от тяжелой депрессии или, в меньшей степени, от тяжелого тревожного расстройства, ПФК атрофируется; чем дольше длится расстройство настроения, тем сильнее выражена атрофия. Длительный стресс или воздействие стрессовых уровней глюкокортикоидов вызывает тот же эффект; глюкокортикоиды снижают уровень или эффективность ключевого фактора роста нейронов BDNF[107] в ПФК, заставляя дендритные шипики и ветки усыхать с такой силой, что слои ПФК истончаются. Это мешает работе ПФК, и среди последствий есть одно особенно вредное: как уже отмечалось, миндалина помогает запустить реакцию организма на стресс (включая секрецию глюкокортикоидов). Задача ПФК: успокоив миндалину, остановить стрессовую реакцию. Повышенный уровень глюкокортикоидов ухудшает работу ПФК; ПФК хуже удается успокоить миндалину, из-за чего дополнительно повышается уровень глюкокортикоидов, которые теперь еще сильнее мешают нормальной работе ПФК. Замкнутый круг{137}.

На этом список факторов влияния не заканчивается. Эстроген заставляет нейроны ПФК формировать более толстые и сложные ветви, соединяющие их с другими нейронами; если полностью убрать эстроген, часть нейронов ПФК вообще погибнет. Злоупотребление алкоголем разрушает нейроны ОФК, из-за чего она усыхает; и чем сильнее она усыхает, тем больше вероятность рецидива у завязавшего алкоголика. Хроническое употребление каннабиса замедляет кровоток и снижает активность как в длПФК, так и в вмПФК. Если регулярно заниматься аэробными упражнениями, в ПФК включатся гены, связанные с передачей сигнала посредством нейромедиаторов, будет вырабатываться больше BDNF, а разные подобласти ПФК станут действовать более слаженно и эффективно; при расстройствах пищевого поведения происходит примерно обратное. Список можно продолжать и продолжать{138}.

Некоторые из этих эффектов еле заметны. Если вы хотите увидеть что-то действительно бросающееся в глаза, посмотрите, что происходит через несколько дней или лет после повреждения ПФК в результате черепно-мозговой травмы (ЧМТ – наподобие той, что получил Финеас Гейдж) или лобно-височной деменции. Обширное повреждение ПФК даже много лет спустя повышает вероятность расторможенного поведения, антисоциальных наклонностей и насилия – это явление называют приобретенной социопатией[108]: удивительно, но такие люди могут сказать вам, что, скажем, убийство – это плохо; они это знают, но просто не могут контролировать свои побуждения. Примерно половина людей, сидящих по тюрьмам за насильственные антиобщественные преступления, имеют в анамнезе ЧМТ, в то время как среди населения в целом этот показатель составляет около 8%; наличие в анамнезе ЧМТ повышает вероятность рецидива среди осужденных. Более того, нейровизуализационные исследования выявили повышенную частоту структурных и функциональных отклонений в ПФК среди осужденных за насильственные преступления[109]{139}.

Не стоит забывать и о десятилетиях расовой дискриминации, которая служит предиктором плохого здоровья в целом. У афроамериканцев, столкнувшихся с более тяжелой дискриминацией (по результатам опросника, после контроля переменных посттравматических стрессовых расстройств и травм), уровень базовой активности миндалины в состоянии покоя выше, а связи между миндалиной и нижележащими областями мозга, которые она активирует, обширнее. Если испытуемые в обстановке социальной изоляции (когда два других игрока перестают бросать им виртуальный мяч) – афроамериканцы, то чем больше остракизм относится на счет расизма, тем сильнее активируется вмПФК. В другом нейровизуализационном исследовании производительность при выполнении задачи, требующей напряжения лобной коры, снижалась у тех испытуемых, которым в качестве установки предлагали рассматривать изображения пауков (вместо птиц); что касается испытуемых-афроамериканцев, то чем большей дискриминации они подвергались, тем сильнее при виде пауков активировалась вмПФК и тем резче падала производительность. Каковы последствия длительной дискриминации? Мозг, который даже в состоянии покоя не теряет бдительности и острее реагирует на любую угрозу, а также ПФК, которую одолевает поток сообщений из вмПФК об этом непреходящем состоянии неспокойствия{140}.

Подытожим: когда вы пытаетесь сделать что-то трудное, но правильное, ПФК, которая за это отвечает, неизбежно продемонстрирует последствия всех повлиявших на нее событий предыдущих лет.

НАСЛЕДИЕ ПЕРИОДА ПРЫЩЕЙ

Возьмите прошлый абзац, замените «предыдущие годы» на «подростковый возраст», подчеркните все, что там написано, и дело сделано. В главе 3 уже приводились основные факты: (а) ПФК подростка предстоит еще масса работы над собой; (б) его дофаминовая система, отвечающая за вознаграждение, предвкушение и мотивацию, напротив, уже функционирует на полную мощность, в силу чего у ПФК нет ни малейшей возможности эффективно обуздать жажду острых ощущений, импульсивность и тягу к новизне: потому-то подростки и ведут себя как подростки; (в) учитывая, что ПФК подростка все еще претерпевает этап формирования, этот жизненный период – последний, когда окружающая среда и опыт могут серьезнейшим образом повлиять на ПФК того взрослого, которым этот подросток станет[110]; (г) замедленное созревание лобной коры, по всей видимости, оформилось в процессе эволюции как раз с той целью, чтобы подростковый период смог сыграть эту свою роль, а иначе как бы мы смогли уложить в голове все расхождения между буквой и духом законов социума?

Социальный опыт подростка, например, влияет на то, как его ПФК будет регулировать социальное поведение во взрослом возрасте. Каким образом? Вспомните обычных подозреваемых. Много глюкокортикоидов, много стресса (физического, психологического, социального) в отрочестве, и ваша взрослая ПФК будет не в лучшей форме. В мПФК (медиальной префронтальной коре) и ОФК будет меньше синапсов, дендриты будут хуже ветвиться, навсегда изменится реакция нейронов ПФК на возбуждающий нейромедиатор глутамат (из-за стойких изменений в структуре одного из основных глутаматных рецепторов). Взрослая ПФК не сможет эффективно подавлять миндалину, и вам будет труднее позабыть о выученном страхе, труднее подавлять чрезмерную реакцию на испуг со стороны вегетативной нервной системы. Сюда же – слабый контроль побуждений, недостаточность когнитивных функций, требующих подключения ПФК. Все как обычно{141}.

И наоборот, обогащенная, стимулирующая среда в подростковом возрасте оказывает серьезное влияние на ПФК будущего взрослого и может свести на нет некоторые последствия трудного детства. Например, обогащенная среда в подростковом возрасте вызывает стойкие изменения в регуляции генов в ПФК, повышая количество факторов роста нейронов, таких как BDNF, в мозге взрослого человека. Более того, если следствием пренатального стресса является снижение уровня BDNF в ПФК у взрослых (не отвлекаемся!), то обогащение среды в подростковом возрасте способно обратить этот процесс вспять и отменить все те изменения, что мешают ПФК контролировать импульсы и откладывать удовлетворение. Так что, если вы хотите лучше справляться с трудностями взрослой жизни, убедитесь, что выбрали для себя правильное отрочество{142}.

ЕЩЕ ДАЛЬШЕ НАЗАД

Теперь вернитесь к разделу с подчеркнутым текстом, где речь идет о том, чем одарил вас подростковый возраст, замените «подростковый возраст» на «детство» и подчеркните эту часть еще 18 раз. Кто бы мог подумать, но детство, которое вам досталось, определяет, как в этот период будет формироваться ваша ПФК и соответственно с какой ПФК вы вступите во взрослую жизнь[111].

Неудивительно, например, что ПФК людей, столкнувшихся с жестоким обращением в детстве, оказывается меньше по размеру, с меньшим количеством серого вещества и с нарушенными связями: разные подобласти ПФК хуже связаны между собой, связи между вмПФК и миндалиной слабее (и чем больше этот эффект, тем сильнее склонность ребенка к тревожности). Снижается возбудимость синапсов в мозге; изменяется количество рецепторов к различным нейромедиаторам, изменяются экспрессия генов и паттерны их эпигенетического маркирования, ослабевают исполнительная функция и контроль побуждений. Многие из этих эффектов проявляются уже в первые пять лет жизни. И если кому-то здесь приходит на ум вопрос о телеге и лошади, то в этом разделе предполагается, что именно жестокое обращение вызывает эти изменения в мозге. Но не может ли быть так, что поведение детей, у которых уже имеются перечисленные выше особенности, каким-то образом повышает вероятность того, что они подвергнутся жестокому обращению? Это крайне маловероятно – жестокое обращение обычно предшествует поведенческим изменениям{143}.

Также неудивительно, что изменения, которые претерпевает ПФК в детстве, переносятся и во взрослую жизнь. Если с ребенком плохо обращались, его ПФК во взрослом возрасте будет меньше и тоньше, с меньшим количеством серого вещества, изменится активность ПФК в ответ на эмоциональные стимулы, уменьшится число рецепторов к различным нейромедиаторам, ослабнет связь как между ПФК и дофаминергическими областями, ответственными за вознаграждение (что дает повышенный риск депрессии), так и между ПФК и миндалиной, что предсказывает повышенную склонность реагировать на фрустрацию гневом (то есть вспыльчивость). И снова все эти изменения ассоциируются со взрослой ПФК, работающей не самым лучшим образом{144}.

Итак, ребенок, переживший в детстве жестокое обращение, получает другую взрослую ПФК. И, как это ни печально, если с ребенком жестоко обращались, он, став взрослым, скорее всего, и со своими собственными детьми будет обращаться плохо: нейронные связи в ПФК у детей, чьи матери подвергались в детстве жестокому обращению, отличаются от нормы уже в месячном возрасте{145}.

Эти находки делят людей на две группы: те, которые подвергались насилию в детстве, и те, которые ему не подвергались. Но что, если посмотреть на спектр везения и невезения шире? Влияет ли как-нибудь, например, социально-экономический статус (СЭС) семьи на область нашего предполагаемого произвольного упорства?

Здесь также никаких сюрпризов: СЭС семьи предсказывает размер, объем и содержание серого вещества в ПФК дошколят. И детей ясельного возраста. И шестимесячных младенцев. И младенцев в возрасте четырех недель. Выть хочется, как подумаешь, какой несправедливой может быть жизнь{146}.

Из этих общих выводов вытекают частные: СЭС предсказывает силу, с какой активируется длПФК маленького ребенка, привлекая ресурсы других областей мозга к выполнению задач. Он прогнозирует повышенную чувствительность миндалины к физической или социальной угрозе, а усиленный сигнал активации передает эту эмоциональную реакцию в ПФК через вмПФК. Этот статус обеспечивает буквально все показатели исполнительной функции лобной коры у детей; низкий СЭС предсказывает недостаточное развитие ПФК{147}.

О механизмах, опосредующих эти процессы, догадаться нетрудно. Низкий СЭС уже к шестилетнему возрасту влечет за собой повышенный уровень глюкокортикоидов у ребенка; а чем выше этот уровень, тем в среднем ниже активность в ПФК[112]. Более того, на уровень гюкокортикоидов у детей влияет не только СЭС семьи, но и статус окружения[113]. Высокий уровень стресса опосредует связь низкого статуса и слабой активности в ПФК у детей. Причина, кроме всего прочего, еще и в том, что низкий СЭС практически гарантирует, что среда, в которой растет ребенок, хуже стимулирует его развитие – как правило, семья не может себе позволить все эти обогащающие впечатлениями дополнительные занятия, а у одиноких матерей, работающих на нескольких работах, просто нет сил почитать ребенку книжку. И вот вам только одно из шокирующих проявлений проблемы: к трехлетнему возрасту отпрыск богатых родителей слышит дома в среднем на 30 млн слов больше, чем ребенок из бедной семьи, а в одном исследовании было показано, что связь между СЭС и активностью детской ПФК отчасти опосредована сложностью речи, которую ребенок слышит дома{148}.

Удручающая картина. Учитывая, что в этот период начинается формирование лобной коры, мы не погрешим против истины, если предположим, что СЭС детства предсказывает особенности взрослого возраста. Статус в детстве (независимо от статуса, приобретенного во взрослой жизни) – значимый предиктор уровня глюкокортикоидов в крови взрослого человека, размера его ОФК и успешности при выполнении задач, требующих участия ПФК. Не говоря уже о вероятности сесть в тюрьму{149}.

Несчастья вроде бедности и жестокого обращения в детстве находят отражение в баллах неблагоприятного детского опыта (НДО). Как мы узнали из прошлой главы, в них отражается, был ли человек в своем детстве свидетелем или пережил сам физическое, эмоциональное или сексуальное насилие или безнадзорность, столкнулся ли с семейным неблагополучием, в том числе разводом родителей, домашним насилием, психической болезнью, тюремным заключением или наркоманией в семье. Каждый дополнительный балл НДО повышает вероятность обзавестись гиперреактивной, гипертрофированной миндалиной и слабой ПФК, которая так и не достигла своего оптимального уровня развития{150}.

Давайте еще углубимся в плохие новости и поразмышляем об упомянутом в главе 3 влиянии окружающей среды на развивающийся плод. Низкий СЭС беременной женщины или проживание в криминальном районе предсказывают отставание в развитии коры головного мозга ее ребенка уже к моменту рождения. И даже во внутриутробном периоде[114]. И, что неудивительно, высокий уровень материнского стресса во время беременности (например, потеря супруга, стихийные бедствия или проблемы со здоровьем, требующие приема больших доз синтетических глюкокортикоидов) прогнозирует когнитивные нарушения по широкому спектру показателей, ослабленную исполнительную функцию, уменьшенный объем серого вещества в длПФК, гиперреактивную миндалину и гиперреактивный глюкокортикоидный ответ на стресс во взрослой жизни[115]{151}.

Показатели НДО, оценка неблагоприятных для плода факторов, баллы по шкале Немыслимо Счастливого Детского Опыта из прошлой главы – все они говорят об одном. Нужно быть абсолютно бесстыдным и равнодушным человеком, чтобы перед лицом таких открытий упрямо твердить, что, всего лишь поскольку одним людям правильные поступки даются проще, чем другим, их всех можно обвинять и наказывать, хвалить и вознаграждать. Скажите это нерожденным младенцам в утробах матерей с низким СЭС, которые уже платят свою нейробиологическую цену.

НАСЛЕДИЕ ДОСТАВШИХСЯ ВАМ ГЕНОВ И ИХ ЭВОЛЮЦИЯ

Гены тоже имеют отношение к тому, какой тип ПФК вам достается. Невероятно, но факт – как уже было сказано в прошлой главе, факторы роста, ферменты, которые синтезируют и расщепляют нейромедиаторы, рецепторы к нейромедиаторам и гормонам и так далее и так далее – все они состоят из белков, а значит, кодируются генами.

Замечание, что гены имеют ко всему этому какое-то отношение, может показаться тривиальным и поверхностным. Генетические отличия биологических видов объясняют, почему лобная кора наличествует у людей, но отсутствует у тварей морских и птиц небесных. Человеческие гены объясняют, почему лобная кора (как и вся остальная кора головного мозга) состоит из шести слоев нейронов и целиком помещается у вас в черепе. Однако та генетика, которая нас интересует, когда мы говорим о месте «генов» в общей картине, касается того факта, что конкретный ген может существовать в нескольких вариантах и эти варианты отличаются от человека к человеку. В общем, в этом разделе нас интересуют гены, которые помогают формировать лобную кору человека и которых нет у грибов. Нам интересны генные различия, объясняющие разницу в объеме лобной коры, уровне ее активности (по данным ЭЭГ) и в результатах выполнения заданий, требующих участия ПФК[116]. Другими словами, нас интересуют варианты генов, которые помогают объяснить, почему два человека различаются по склонности к воровству печенья{152}.

К счастью, прогресс в этой области уже позволяет понять, какое отношение к функциям лобной коры имеют те или иные варианты конкретных генов. Часть их связана с нейромедиатором серотонином: например, белок, удаляющий серотонин из синапса, кодируется конкретным геном, и доставшаяся вам версия влияет на прочность связей между ПФК и миндалиной. Варианты гена, ответственного за разрушение серотонина в синапсе, помогают предсказать эффективность выполнения задач с меняющимися правилами, что требует участия ПФК. Варианты гена, кодирующего один из серотониновых рецепторов (их несколько), определяют, насколько хорошо человек контролирует свои побуждения[117]. И это только то, что касается генетики передачи серотонинового сигнала! В исследовании геномов 13 000 человек было показано, что определенная комбинация генных вариантов предсказывает повышенную вероятность импульсивного, рискованного поведения; чем больше у человека таких генных вариантов, тем меньше его длПФК{153}.

Самое важное, что нужно знать о генах, имеющих отношение к работе мозга (а это практически все гены): один и тот же генный вариант в разных условиях будет работать по-разному, иногда кардинально иначе. Такое взаимодействие генных вариантов с вариациями среды означает, что в конечном итоге нельзя сказать, что ген «делает», можно сказать лишь, что он делает в каждой конкретной среде, где его изучали. Прекрасный пример: варианты гена, кодирующего одну из разновидностей серотонинового рецептора, помогают объяснить импульсивность у женщин… правда, только у тех, которые страдают расстройством пищевого поведения{154}.

В части, посвященной отрочеству, объясняется, почему у людей в процессе эволюции замедлился процесс созревания ПФК и как замедленное созревание повышает ее чувствительность к воздействию среды. Как гены кодируют свободу от влияния генов? Как минимум двумя способами. Первый, самый простой, связан с генами, от которых зависит скорость созревания ПФК[118]. Второй способ тоньше и элегантней – это гены, регулирующие чувствительность ПФК к разным условиям среды. Допустим, некий (воображаемый) ген, представленный в двух вариантах, влияет на склонность человека к воровству. Сама по себе, независимо от генного варианта, эта склонность низкая. Но если группа сверстников станет беднягу подначивать, один генный вариант спровоцирует 5%-ный рост вероятности поддаться, а другой – 50%-ный. Другими словами, разные варианты приводят к резким различиям в чувствительности к давлению коллектива.

Давайте представим эту разницу механически. Предположим, у нас есть электрический кабель, подключенный к розетке с помощью вилки, и пока вилка в розетке, вы ничего красть не станете. Розетка сделана из воображаемого белка, который может существовать в двух вариантах, определяющих ширину пазов, в которые вставляется вилка. В изолированной, герметично закрытой комнате вилка остается в розетке независимо от ее вида. Но если рядом пробежит стадо слонов-подстрекателей, вероятность, что вилка вследствие вибрации выпадет из розетки с широкими пазами, в десять раз выше.

Генетическая основа относительной свободы от влияния генов примерно так и выглядит. Бенджамин де Бивор из Гарвардского университета изучил ген, кодирующий белок тенеурин-А, который участвует в образовании синапсов между нейронами. Ген существует в двух вариантах, от которых зависит, как плотно вилка от одного нейрона держится в «тенейриновой» розетке другого (если сильно упростить). Вариант, кодирующий «расхлябанную розетку», повышает вариабельность синаптических связей – или, развивая нашу метафору, вариант «расхлябанной розетки» создает нейроны, проявляющие повышенную чувствительность к влиянию среды во время образования синапсов. Пока неизвестно, касается ли это открытие работы тенейринов в человеческом мозге (исследование проводилось на мухах – да, среда влияет на образование синапсов даже у мух), но что-то концептуально схожее должно происходить и в нашем мозге во всей его сложности{155}.

КУЛЬТУРНОЕ НАСЛЕДИЕ, ЗАВЕЩАННОЕ ПФК ПРЕДКАМИ

В предыдущей главе мы узнали, что разные типы экосистем порождают разные типы культур, которые влияют на воспитание ребенка практически с момента рождения, настраивая его мозг таким образом, чтобы ему проще было вписаться в эту культуру, а значит, и передать ее ценности следующему поколению.

Разумеется, культурные различия серьезно влияют на ПФК. Практически во всех исследованиях в этой области сравниваются коллективистские культуры Юго-Восточной Азии, где ценят гармонию, взаимозависимость и конформизм, и индивидуалистические культуры Северной Америки, в которых подчеркиваются независимость, права личности и персональные достижения. Результаты этих исследований выглядят вполне резонными[119].

Вот такое, например, не подстроишь: вмПФК представителя западной культуры активируется при предъявлении фотографии его собственного лица, но не лица его матери; у жителей Восточной Азии вмПФК в равной мере активируется в одном и в другом случае; эти различия проявляются даже более выпукло, если перед испытанием попросить участников подумать о своих культурных ценностях. Возьмите людей, принадлежащих к двум культурам сразу (например, один родитель происходит из восточной традиции, а второй – из западной), попросите их подумать о какой-то из культур, и они тут же продемонстрируют типичный для этой традиции профиль активации вмПФК{156}.

В других исследованиях были показаны различия в активности ПФК при регуляции эмоций. Метаанализ 35 нейровизуализационных исследований, в которых сканировали мозг испытуемых, пока они выполняли задания на социальное взаимодействие, показал, что активность в длПФК восточных азиатов выше, чем у жителей стран Запада (к тому же у них сильнее активировалась область под названием «височно-теменной узел», отвечающая за построение модели чужого сознания); по сути, их мозг посвящает больше усилий регуляции эмоции и пониманию другого. Люди Запада, напротив, демонстрируют картину высокого эмоционального накала, обращенности на себя, способности испытывать сильное эмоциональное отвращение или эмпатию – в общем, повышенную активность в вмПФК, островковой и в передней поясной коре. И чем прочнее испытуемые привержены ценностям своей культуры, тем ярче проявляются эти отличия при нейровизуализации{157}.

Кроме того, ПФК представителей разных культур отличаются и когнитивным стилем. В целом люди коллективистских культур предпочитают контекстно зависимые когнитивные задачи и лучше с ними справляются; представителям индивидуалистических культур больше по душе задачи контекстно независимые. В обоих случаях ПФК приходится работать интенсивнее, если испытуемый берется за задачу, к которой его культура не расположена.

Где корни этих различий в широком смысле?[120] Как уже говорилось в предыдущей главе, считается, что восточноазиатский коллективизм вырос из нужды в общинном труде при выращивании риса. Однако китайские иммигранты, как только перебираются в США, уже демонстрируют свойственное людям Запада различие между активацией вмПФК при мысли о себе и при мысли о матери. Это позволяет предположить, что такие люди и на родине отличались индивидуализмом – он-то и подтолкнул их к эмиграции, которая, по всей видимости, служит своего рода механизмом самоотбора по этим чертам{158}.

Где корни этих различий в узком смысле? Как объяснялось в предыдущей главе, в коллективистских и в индивидуалистических культурах детей воспитывают по-разному, и это влияет на формирование их мозга.

Но вдобавок здесь, вероятно, нельзя исключить и влияние генов. Людям, которые с большим успехом выражают ценности своей культуры, как правило, удается оставить после себя копии своих генов. Напротив, попробуйте не явиться вместе со всей деревней на рисовые чеки в день сбора урожая, потому что вы, скажем, решили покататься на сноуборде, или же выскочите на поле во время Суперкубка в попытке убедить команды сотрудничать, а не соперничать – у таких культурных отщепенцев, бунтарей и чудиков будет меньше шансов передать свои гены следующему поколению. И если эти черты вообще зависят от генов (а как видно из предыдущего раздела, так оно и есть), следствием могут стать культурные различия в распространенности таких генов в популяции. Коллективистские и индивидуалистические культуры различаются по частоте генных вариантов, отвечающих за переработку дофамина и норадреналина, вариантов гена, кодирующего насос, который удаляет серотонин из синапса, и вариантов гена, кодирующего окситоциновый рецептор в мозге{159}.

Другими словами, эта коэволюция частоты генов, культурных ценностей, традиций воспитания детей, усиливающих друг друга на протяжении поколений, определяет, какой будет ваша ПФК.

КОНЕЦ МИФА О ПРОИЗВОЛЬНОМ УПОРСТВЕ

Мы прекрасно понимаем, что не в состоянии контролировать, какими природными данными одарит либо отяготит нас судьба. Но нам кажется, что на перекрестках добра и зла мы вроде как можем этими данными распоряжаться – и это мощно и злокозненно подталкивает нас к выводу (в пользу которого говорит и сильное внутреннее ощущение), будто свобода воли проявляется в поступках. Однако реальность такова, что вы хоть проявляйте достойную восхищения силу характера, хоть проматывайте шансы, потакая своим прихотям, хоть чудом преодолевайте соблазны, окунаясь в них с головой, все это лишь результат работы вашей ПФК и связанных с ней областей мозга. А функционирование этой ПФК, в свою очередь, есть результат того, что происходило секунду, минуту, тысячелетие назад. Мы пришли к тому же выводу, что и в прошлой главе, где рассуждали о мозге в целом. Он заставляет вспомнить все то же критически важное понятие: неразрывность. Как мы уже знаем, рассуждая об эволюции ПФК, мы одновременно говорим и о генах, появившихся в процессе этой эволюции, и о работающих в мозге белках, которые эти гены кодируют, и о том, как детство изменяет регуляцию этих генов и белков. Вашу ПФК вплоть до настоящего момента создавала неразрывная линия влияний, в которой не отыщешь ни единой трещинки, где могла бы затаиться свобода воли.

Вот моя любимая находка, имеющая отношение к теме этой главы. Вам дают задание, выполнить которое можно двумя разными способами: в первом случае вы делаете какую-то работу и получаете обещанное вознаграждение, но если вы сделаете в два раза больше, то в качестве поощрения вам заплатят в тройном размере. Во втором случае вы делаете какую-то работу и получаете назначенное вознаграждение, но если вы сделаете в три раза больше, то вознаграждение будет больше в тысячу раз. Какой вариант выбрать? Если вы думаете, что свободно можете заставить себя проявить самодисциплину, выбирайте второй вариант – сделаете немного больше, зато сорвете огромный куш. И действительно, испытуемые, как правило, предпочитают второй вариант, независимо от размера вознаграждений. Недавнее исследование показало, что активность в вмПФК[121] отражает степень предпочтения второго варианта. Что это значит? В данном случае вмПФК определяет, насколько больше нам нравятся условия, вознаграждающие самодисциплину. В общем, эта часть мозга заставляет нас думать, будто мы способны проявить свободу воли. Другими словами, это биологическая машинерия, вынуждающая нас верить, что никакой машинерии-то и нет{160}.

Сэм Харрис убедительно доказывает, что человек не может думать о том, что он будет думать дальше. Из глав 2 и 3 ясно, что человек не в состоянии заставить себя захотеть чего-то хотеть. Смысл этой главы в следующем: невозможно заставить себя иметь больше силы воли. И управлять миром, основываясь на убеждении, что люди могут и должны это делать, – плохая идея.

5

Основы теории хаоса

Предположим, что как раз перед тем, как прочесть это предложение, вы попытались почесать у себя за плечом, заметили, что дотянуться до этого места становится труднее, подумали, что с возрастом ваши суставы кальцинируются, пообещали себе чаще делать зарядку и немедленно решили перекусить. Что ж, наука сказала свое слово – каждое из этих действий и мыслей, осознанных и неосознанных, как и вся лежащая в их основе нейробиология, детерминированы. Беспричинных причин не бывает.

Как бы тщательно вы его ни препарировали, каждое уникальное биологическое состояние оказывается вызвано предшествовавшим ему уникальным состоянием. И если вы действительно хотите докопаться до сути вещей, вам нужно разложить эти два состояния на части и выяснить, как каждый компонент, составляющий «раньше», привел к появлению каждого из компонентов «теперь». Так работает Вселенная.

Но что, если это неправда? Что, если некоторые моменты не обусловлены ничем из того, что им предшествовало? Что, если какое-то уникальное «теперь» может быть вызвано несколькими неуникальными «раньше»? Что, если стратегия изучения чего бы то ни было путем разложения на составные части оказывается бесполезной? Как выяснилось, так бывает. В прошлом веке картина Вселенной, нарисованная в предыдущем абзаце, перевернулась и на свет явились теории хаоса, эмерджентности и квантовой неопределенности.

Назвать эти теории революционными – не преувеличение. В детстве я прочел повесть «Двадцать один воздушный шар»[122], утопию, повествующую о жизни изолированного общества на острове Кракатау, существующего благодаря изобретенной технологии воздушных шаров, которое вот-вот погибнет из-за знаменитого извержения вулкана, случившегося в 1883 г. Книга настолько меня увлекла, что, перевернув последнюю страницу, я в ту же секунду вернулся к началу, чтобы прочесть ее еще раз. Вторая такая книга, разделавшись с которой я немедленно начал чтение заново, попалась мне четверть века спустя – она была об одной из этих научных революций[123].

Невероятно интересная вещь. В этой главе и в пяти последующих мы познакомимся с тремя научными революциями и с мыслителями, которые верят, будто свободу воли можно откопать в их недрах. Признаюсь, что предыдущие три главы вызывают у меня сильные чувства. Меня приводит в особую, профессорскую, высоколобую ярость идея, будто поведение человека можно понять вне контекста всего того, что привело его в ситуацию «здесь и сейчас», что его история не имеет значения, что даже если его поведение кажется детерминированным, свободная воля таится где-нибудь там, куда вы не смотрите. Те же чувства вызывает у меня мысль, будто праведное осуждение – это нормально, поскольку, хотя жизнь и жестока, а ее дары и лишения распределены неравномерно, наша ценность измеряется тем, как мы решаем ими распорядиться. Такие взгляды питают океаны несправедливого страдания и незаслуженных привилегий.

Революционные открытия, описанные в следующих пяти главах, так глубоко моих чувств не задевают. Как мы увидим далее, не многие мыслители ссылаются на субатомную квантовую неопределенность, самодовольно заявляя, будто свобода воли существует и что сами они, очевидно, заслуживают принадлежности к 1% избранных человечества. Эти темы не пробуждают во мне желания возводить баррикады в Париже, распевая революционные гимны из «Отверженных». Напротив, они глубоко меня восхищают, поскольку открывают взору совершенно неожиданные структуры и закономерности: они скорее обогащают, чем притупляют ощущение, что жизнь гораздо интереснее, чем можно себе вообразить. Эти области знания в корне меняют наше представление об устройстве сложных вещей. И тем не менее свобода воли не обитает и там.

Эта и следующая главы посвящены теории хаоса, научной области, которая может сделать бесполезным изучение составных частей сложных систем. После введения в тему, которой посвящена эта глава, в следующей мы рассмотрим два способа, какими люди ошибочно полагают, будто могут отыскать свободу воли в хаотических системах. Первый – это идея, что если вы начинаете с чего-то биологически простого и неожиданно получаете чрезвычайно сложное поведение, то свобода воли по дороге возникает сама собой. Вторая мысль заключается в том, что если у вас есть сложное поведение, которое могло возникнуть из любого из двух разных предшествующих биологических состояний, и какое именно его вызвало, точно сказать нельзя, значит, можно спокойно утверждать, что оно ничем не вызвано, а было свободно от пут детерминизма.

НАЗАД, ГДЕ ВСЕ БЫЛО ПРОСТО

Предположим, Х = Y + 1

Чему тогда равно Х + 1?

Несложно подсчитать, что ответ будет (Y + 1) + 1.

Задайтесь вопросом, чему равно Х + 3, и вы немедленно получите ответ: (Y + 1) + 3. Самое важное здесь то, что, подсчитав, чему равно Х + 1, вы понимаете, чему равно Х + 3, не вычисляя предварительно, чему равно Х + 2. Вы можете экстраполировать решение в будущее, не рассматривая каждый из промежуточных шагов по отдельности. То же самое касается и выражений «Х + тьма тьмущая», или «Х + что-то типа тьмы тьмущей», или «Х + крот-звездорыл».

У мира, устроенного таким образом, имеется ряд свойств:


• Как мы только что видели, знание начального состояния системы (например, Х = Y + 1) позволяет точно предсказать, чему будет равно «Х + что угодно», пропустив все промежуточные этапы. Это свойство работает в обоих направлениях. Если вам дано «(Y + 1) + что угодно», вы знаете, что ваше начальное состояние – это «Х + что угодно».
• Этим подразумевается, что существует уникальный путь, связывающий начальное и конечное состояния системы; кроме того, никак не может быть, чтобы «Х + 1» равнялся «(Y + 1) + 1» не всегда, а только время от времени.
• Как было показано, если мы имеем дело с чем-то вроде «тьмы тьмущей», величина неопределенности и приблизительности в начальном состоянии пропорциональна ее величине в конце. Вы знаете, чего не знаете, и можете предсказать степень непредсказуемости{161}.


Эта взаимосвязь между начальными и зрелыми состояниями позволила сформировать концепцию, на которой наука стояла веками. Я имею в виду редукционизм – идею о том, что, для того чтобы понять нечто сложное, нужно разложить его на составные части, изучить их и сложить воедино свои представления о каждой из этих частей. А если какая-то из них сама по себе сложна для понимания, разберите ее на крошечные детальки и изучите каждую.

Редукционизм подобного рода нам жизненно необходим. Если ваши часы, работающие на древней технологии зубчатых колесиков, ломаются, вы будете решать проблему редуктивно. Вы разберете часы на запчасти, найдете крошечное колесико со сломанным зубчиком, замените его, соберете все детали вместе, и часы заработают. Тем же методом пользуются в своей работе детективы – надо приехать на место преступления и опросить свидетелей. Первый свидетель видел только первый, второй и третий фрагменты события. Второй – только второй, третий и четвертый фрагменты, а третий – фрагменты три, четыре и пять. Вот беда, всего не видел никто. Но – спасибо редуктивному мышлению – детектив разгадает загадку и узнает всю последовательность событий целиком, если суммирует отдельные фрагменты частично совпадающих показаний трех свидетелей[124]. Другой пример: в первый год пандемии мир с нетерпением ждал ответов на редуктивные вопросы: например, с каким рецептором на поверхности клетки связывается спайк-белок вируса SARS-CoV–2, когда проникает в клетку и заражает ее.

Разумеется, редуктивный подход применяется не везде. Если при засухе небо усеяно пухлыми тучками, а дождя не было уже год, нет смысла изолировать тучу, изучать ее левую и правую половину, а потом половину каждой половины и так далее до тех пор, пока в серединке не отыщется крошечное колесико со сломанным зубчиком. Тем не менее редуктивный подход долгое время был золотым стандартом научного познания сложных систем.

Но затем, в начале 1960-х гг., случилась научная революция, которую назовут хаотицизмом, или теорией хаоса. Ее центральная идея состоит в том, что действительно интересные, сложные вещи бывает невозможно понять на редуктивном уровне. Чтобы понять, скажем, человека, чье поведение ненормально, подходить к задаче нужно, как если бы перед нами была туча, не дающая дождя, а не часы, которые перестали тикать. И естественно, парадигма «люди-как-тучи» порождает практически непреодолимую тягу сделать вывод, что мы здесь наблюдаем свободу воли в действии.

ХАОТИЧЕСКАЯ НЕПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ

У теории хаоса имеется собственный миф о сотворении. В 1960-х гг., когда я был ребенком, неточные прогнозы погоды высмеивали ехидными остротами, например такими: «Метеоролог по радио [неизменно, кстати, мужчина] сообщил, что сегодня будет солнечно, так что лучше прихватите с собой зонтик». Метеоролог из Массачусетского технологического института Эдвард Лоренц, желая повысить точность прогнозов, пробовал моделировать погодные условия при помощи допотопного компьютера. Введите в модель такие переменные, как температура и влажность, и посмотрите, насколько точными станут прогнозы. Проверьте, улучшат ли предсказуемость дополнительные переменные, другие переменные, различные весовые коэффициенты переменных[125].

Итак, Лоренц изучал на своем компьютере модель с 12 переменными. Подошло время обеда; он остановил программу посреди цикла вычислений. Вернувшись, ученый, чтобы сэкономить время, перезапустил программу не с самого начала, а с точки, на которой остановился. Он ввел значения 12 переменных, какими они были на тот момент времени, и позволил модели вернуться к составлению прогноза. И когда Лоренц это сделал, наше представление о Вселенной перевернулось.

В указанный момент одна из переменных, хранившихся в памяти компьютера, имела значение, равное 0,506 127. Вот только в распечатке компьютер округлил его до 0,506; возможно, он не хотел слишком уж затруднять этого «человека версии 1.0». Как бы то ни было, 0,506 127 превратилось в 0,506, и Лоренц, не зная об этой небольшой неточности, запустил программу со значением переменной 0,506, думая, что по-прежнему имеет дело со значением 0,506 127.

Итак, теперь он работал со значением, которое на йоту отличалось от реального. А мы знаем, что в этом случае должно было произойти в нашем якобы чисто линейном, редуктивном мире: величина отклонения введенного начального состояния от реального (то есть 0,506 от 0,506 127) должна была бы предсказать величину отклонения конечного состояния – программа сгенерирует точку, которая будет лишь на йоту отличаться от той же точки, полученной до обеденного перерыва, и, если наложить два графика друг на друга, едва ли можно будет увидеть разницу.

Но когда Лоренц позволил программе, которая пользовалась значением 0,506, а не 0,506 127, продолжить расчеты, он получил результат, который гораздо сильнее расходился с результатами предыдущего, дообеденного просчета. Странно. С каждой следующей точкой все становилось еще более странным – иногда казалось, что значения возвращаются к дообеденной кривой, но затем они снова с ней расходились, и эти расхождения становились все более непохожими друг на друга, непредсказуемыми и безумными. В конце концов программа вообще перестала генерировать нечто, хотя бы отдаленно похожее на первоначальную картинку, и две кривые разошлись окончательно.

Вот что увидел Лоренц, наложив друг на друга два графика (дообеденный и послеобеденный), – сегодня эта распечатка приобрела статус священной реликвии в своей области знаний (см. рис. ниже).

Наконец Лоренц заметил небольшую ошибку округления, введенную в программу после обеда, и понял, что эта ошибка превратила систему в непредсказуемую, нелинейную и неаддитивную.





В 1963 г. Лоренц объявил о своем открытии в статье «Детерминированное непериодическое течение» (Deterministic Non-periodic Flow), напечатанной в узкоспециализированном издании Journal of Atmospheric Sciences. (В ней Лоренц, который уже начал понимать, как его открытия подрывают вековые традиции редуктивной мысли, не забывал, с чего начинал. «Сможем ли мы когда-нибудь безошибочно предсказывать погоду?» – печально вопрошали читатели журнала. «Нет, – отвечал Лоренц, – такого шанса попросту не существует».) С тех пор эту статью процитировали в других работах более 26 000 раз – умопомрачительное число{162}.

Если бы программа Лоренца содержала не 12, а только две переменные, привычная редуктивность сохранилась бы – если же в компьютер ввели бы немного неправильное число, результат на каждом шаге в течение всего оставшегося времени отличался бы именно на величину первоначальной ошибки. Предсказуемо. Представьте себе Вселенную, состоящую всего из двух переменных, Земли и Луны, оказывающих друг на друга гравитационное воздействие. В таком линейном, аддитивном мире можно точно определить, где они находились в любой момент прошлого, и точно предсказать, где они будут находиться в любой момент в будущем[126]; если бы в вычисления случайно вкралась ошибка округления, одна и та же величина аппроксимации сохранялась бы вечно. Но добавьте в систему Солнце, и она станет нелинейной. Дело в том, что Земля влияет на Луну, а это значит, что Земля влияет и на то, как Луна влияет на Солнце, а это, в свою очередь, означает, что Земля влияет на то, как Луна влияет на то, как Солнце влияет на Землю… И не забывайте о цепочке влияний в другом направлении, Земля – Солнце – Луна. Взаимодействие трех переменных исключает возможность линейного прогнозирования. Как только вы вступаете в область взаимодействия трех и более переменных – сегодня она известна как задача трех тел, – будущее немедленно и неизбежно становится непредсказуемым.

Когда мы имеем дело с нелинейной системой, следствием мельчайших отклонений в начальном состоянии может стать огромное, и даже экспоненциальное[127], расхождение конечных состояний; сегодня этот феномен называют «чувствительность к начальным условиям». Лоренц заметил, что непредсказуемость, вместо того чтобы навсегда устремляться в экспоненциальную стратосферу, иногда бывает ограниченной, связанной и «диссипативной». Другими словами, значения функции беспорядочно колеблются вокруг расчетных и все время оказываются то чуть больше, то чуть меньше спрогнозированной величины, причем величина отклонения всегда разная. Как будто каждое полученное значение притягивается к предсказанному, но недостаточно сильно, чтобы и в самом деле его достичь. Очень странно. Потому-то Лоренц и назвал наблюдаемые феномены странными аттракторами[128]{163}.

Итак, крошечные отклонения в начальных условиях способны непредсказуемо усиливаться со временем. Лоренц обобщил эту идею метафорой о чайках. Друг предложил ему другую, получше, и в 1972 г. она станет названием доклада Лоренца, а позже – еще одной священной реликвией этой области знаний (см. на следующей странице).

Так на свет появилась выразительная аллегория теории хаоса и связанной с ней научной революции – эффект бабочки[129]{164}.



ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ХАОСОМ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Давайте посмотрим, как хаотичность и чувствительность к начальным условиям выглядят на практике. Здесь нам пригодится модель системы, такая классная и забавная, что я на миг размечтался научиться программировать, чтобы мне было проще с ней играть.

Начнем с сетки, изображенной на листке бумаги в клеточку, где первый ряд клеток – это наше начальное состояние. Если точнее, каждая из клеток в ряду может принимать одно из двух значений – быть или пустой, или заполненной (или, на языке двоичного кода, нулем или единицей). Для этого ряда существует 16 384 возможных комбинации[130]; мы случайным образом выбрали такую:





Теперь давайте сгенерируем второй ряд клеток, каждая из которых тоже будет пустой или заполненной, а конфигурация второго ряда будет детерминирована[131] конфигурацией первого. Для этого нам потребуется какое-нибудь правило. Вот, например, самый скучный из возможных вариантов: клетка второго ряда, расположенная под заполненной, тоже будет заполненной, а клетка под пустой клеткой тоже будет пустой. Применяя это правило снова и снова, используя второй ряд как основу для третьего, а третий – как основу для четвертого и так далее, мы получим ряд тоскливых колонок. Можно ввести противоположное правило: клетка под заполненной остается пустой; под пустой клеткой, соответственно, будет тогда заполненная. Результат тоже ничем не примечателен: какие-то кривобокие шашечки.





Смысл вот в чем: если вам известно начальное состояние (например, конфигурация первого ряда), то, применяя одно из этих правил, вы сможете точно предсказать, как будет выглядеть любой последующий ряд. Перед нами знакомая линейная вселенная.

А теперь вернемся к первому ряду:





И введем новое правило: состояние клетки второго ряда (пустая она или заполненная) определяется состоянием трех клеток первого ряда: клетки непосредственно над ней и тех двух, что соседствуют с задающей клеткой в первом ряду.

Вот случайное правило, согласно которому три соседние клетки первого ряда задают состояние клетки во втором ряду: клетка второго ряда заполненная, если заполнена одна и только одна из тех трех, что расположены в предыдущем ряду над ней. Иначе клетка второго ряда остается пустой.

Давайте начнем со второй клетки второго ряда. Вот как выглядит тройка клеток непосредственно над ней (то есть три первые клетки первого ряда):





Одна из трех клеток заполненная, а это означает, что интересующая нас клетка второго ряда тоже будет заполненной:





Посмотрим на следующие три клетки первого ряда (то есть клетки 2, 3 и 4). Заполненная только одна из них, соответственно, третья клетка во втором ряду тоже будет заполненной:





В первом ряду, в тройке клеток 3, 4 и 5, две клетки (4 и 5) заполненные, поэтому следующая клетка второго ряда остается пустой. И так далее. Правило, которого мы придерживаемся (заполняй клетку нижнего ряда только в том случае, если заполнена одна и только одна из тройки клеток над ней), графически можно изобразить следующим образом:





Существует восемь возможных комбинаций троек (два возможных состояния первой клетки умножить на два состояния второй клетки и умножить на два состояния третьей клетки), и только четвертая, шестая и седьмая комбинации дают нам заполненную клетку во втором ряду.

Вернемся к нашему начальному состоянию. Применяя выбранное правило, мы получаем второй ряд вот такого вида:





Но подождите – а как быть с первой и последней клетками второго ряда, ведь у клетки над ними только по одной соседке? Это не было бы проблемой, если бы первый ряд длился в обе стороны до бесконечности, но нам такая роскошь недоступна. Как быть? Будем решать по имеющимся двум клеткам верхнего ряда: если одна из них заполнена, заполняем и интересующую нас клетку во втором ряду; если обе заполненные или обе пустые, мы оставляем ее пустой. Итак, с этим расширением правила второй ряд выглядит следующим образом:





Теперь применим то же самое правило, чтобы сгенерировать третий ряд:





Если вам больше нечем заняться, продолжайте в том же духе.

Теперь давайте применим наше правило к другому начальному состоянию:





Первые два ряда будут выглядеть так:





Заполните рядов этак 250 – и получите вот такую картинку:





Возьмите другое случайное начальное состояние, с рядами подлиннее, применяйте то же самое правило снова и снова – и получите что-то такое:





Ничего себе.

А теперь попробуйте такое начальное состояние:





И уже ко второму ряду получите вот что:





Ровным счетом ничего. В случае этого конкретного начального состояния весь второй ряд целиком состоит только из пустых клеток, и, соответственно, все последующие ряды тоже. Паттерн первого ряда угас.

Давайте попробуем описать наши новые знания метафорически, отказавшись от терминов ввод, вывод и алгоритм. Некоторые начальные состояния и законы воспроизводства, согласно которым на свет появляются следующие поколения, способны эволюционировать в весьма интересные зрелые состояния, зато какие-нибудь другие могут и вымереть, как в последнем примере.

К чему эта биологическая метафора? Дело в том, что мир генерации паттернов, подобный этому, существует и в живой природе (см. рис. ниже).

Мы только что познакомились с примером клеточного автомата, в котором вы начинаете с ряда клеток – пустых либо заполненных, – применяете правило воспроизводства и повторяете процесс[132]{165}.



Слева – настоящая ракушка, справа – паттерн, созданный компьютером



Правило, которому мы с вами следовали (если и только если одна клетка из тройки вышележащих клеток заполнена), в мире клеточных автоматов называется правило 22; всего их 256[133]. Не все из них порождают что-нибудь интересное – в зависимости от начального состояния одни дают паттерны, которые инертно и безжизненно повторяются до бесконечности, а другие угасают уже ко второму ряду. Очень немногие порождают сложные динамические паттерны. Правило 22 – самое популярное из этих немногих. Ученые на его хаотичности строят свои научные карьеры.

Что хаотичного в правиле 22? Мы видели, что, в зависимости от начального состояния, применяя правило 22, можно получить один из трех зрелых паттернов: (а) ничего, потому что паттерн угас; (б) кристаллизованный, скучный, неорганический периодический паттерн; (в) паттерн, который растет, ветвится и меняется, а структурированные зоны уступают место чему-то явно динамического, органического характера. И, что самое главное, не существует способа взять какое-нибудь непериодическое начальное состояние и предсказать, каким будет его сотый, тысячный или любой другой ряд. Чтобы выяснить это, придется пройтись по всем промежуточным рядам и их смоделировать. Невозможно предсказать, угаснет ли зрелая форма какого-нибудь начального состояния, будет ли она кристаллической или динамической, а если будет, то как она будет выглядеть; выдающиеся математики пытались и потерпели неудачу. Это ограничение, как ни парадоксально, распространяется и на то, что вы не можете доказать, что где-то за пару шажочков до бесконечности хаотическая непредсказуемость не выродится внезапно в аккуратный повторяющийся паттерн. Перед нами один из вариантов проблемы трех тел, взаимодействие которых и не линейно, и не аддитивно. Вы не можете прибегнуть к редуктивному подходу, разобрать правило на составные части (восемь разных вариантов троек и их следствия) и предсказать, что получится. Эта система не подходит для сборки часов. Она порождает тучи{166}.

Итак, как мы только что поняли, знание начального состояния не дает никакой прогностической силы в отношении зрелого состояния – нам придется воспроизводить каждый промежуточный шаг по порядку.

Предположим теперь, что правило 22 применили к каждому из следующих четырех начальных состояний (см. рис. ниже).

Два из этих четырех состояний уже в десятом поколении вырождаются в один и тот же бесконечно повторяющийся идентичный паттерн. Попробуйте внимательно рассмотреть их и сказать, о каких идет речь. И вы не сможете этого сделать.





Возьмите листочек в клеточку, прорешайте задачу с карандашом в руках, и вы увидите, что два из этих четырех состояний конвергируют, то есть сходятся. Другими словами, зная зрелое состояние системы вроде этой, вы не сможете понять, каким было ее начальное состояние и не могло ли оно возникнуть из нескольких разных начальных состояний, – вот вам еще один признак хаотичности системы.

И наконец, посмотрите на такое начальное состояние:





Оно угасает к третьему ряду:





Внесите крошечное изменение в это нежизнеспособное начальное состояние, а именно поменяйте состояние всего одной из 25 клеток, и пусть теперь 20-я клетка будет не пустой, а заполненной:





И внезапно, откуда ни возьмись, в этот асимметричный паттерн врывается жизнь (см. следующий рис.).

Давайте скажем то же самое на языке биологии: одна-единственная мутация в 20-й клетке может повлечь за собой серьезнейшие последствия.





Давайте теперь скажем то же самое на формальном языке теории хаоса: эта система демонстрирует чувствительность к начальному состоянию 20-й клетки.

Давайте сформулируем то же самое максимально глубокомысленно: бабочка в 20-й клетке или взмахнула крылышками, или не взмахнула.

Обожаю такие вещи. Во-первых, с их помощью можно моделировать биологические системы – эту идею внимательно изучил Стивен Вольфрам[134]. Клеточные автоматы к тому же необычайно круты, поскольку их размерность можно увеличить. Версия, которую изучали мы, одномерная: вы начинаете с линии клеток и генерируете новые линии. Игра «Жизнь» (придуманная ныне покойным математиком Джоном Конвеем из Принстонского университета) – это двумерная версия: вы начинаете с решетки ячеек, генерируете решетки следующих поколений и получаете совершенно завораживающие динамические, хаотические паттерны; ячейки в них называются «живыми» и «умирающими». Свойства все те же самые: вы не можете предсказать зрелое состояние, основываясь на начальном, – вы вынуждены моделировать каждый промежуточный шаг; вы не можете понять, каким было начальное состояние, потому что несколько начальных состояний могут сходиться к одному и тому же зрелому (к конвергенции мы еще вернемся); система демонстрирует чувствительность к начальным условиям{167}.

(Существует и другой классический способ познакомить с теорией хаоса. Однако здесь я не стану его касаться, поскольку на собственном преподавательском опыте убедился в его чрезвычайной сложности и/или своей неспособности его доступно изложить. Если вам интересно, почитайте о водяном колесе Лоренца, удвоении периода и значении периода 3 для возникновения хаоса.)

Разобравшись наконец с азами теории хаоса, мы можем переходить к следующей главе, где узнаем о том, как концепции теории хаоса нежданно-негаданно обрели невероятную популярность, заронив семена еще одной разновидности веры в свободу воли.

6

Хаотична ли свобода воли?

ЭПОХА ХАОСА

Вы, наверное, думаете, что потрясение, вызванное в начале 1960-х гг. теорией хаоса, странными аттракторами и чувствительностью к начальным условиям, быстро охватило весь мир, кардинально изменив все на свете – от интеллектуальных философских споров до повседневных забот.

Ничего подобного. Революционную статью Лоренца, увидевшую свет в 1963 г., встретили гробовым молчанием. Прошли годы, прежде чем ему удалось собрать группу единомышленников, в основном физиков-аспирантов из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, которые, согласно поздним легендам, проводили немало времени под кайфом и изучали хаотичность на примере протекающего крана[135]. Ведущие теоретики старательно игнорировали открытия Лоренца и всё, что из них следовало.

Отчасти это пренебрежение объяснялось ужасно неудачным названием новой теории, поскольку на самом деле «теория хаоса» описывает нечто противоположное нигилистическому хаосу – напротив, она исследует структуры, скрытые в кажущемся хаосе. Но основная причина медленного старта этой теории заключалась в том, что исследовать неразрешимые нелинейные взаимодействия между большим числом переменных в парадигме редукционизма – сплошное мучение. Поэтому ученые пытались изучать сложные вещи, ограничивая число рассматриваемых переменных, чтобы объект изучения не шалил и поддавался исследованию. Естественно, это приводило к ложному выводу, что мир в основном штука линейная и аддитивно предсказуемая, а нелинейная хаотичность – всего лишь странная аномалия, которую можно с чистой душой игнорировать. Так продолжалось до того момента, когда закрывать глаза на новые знания стало уже невозможно, поскольку выяснилось, что хаотичность скрывается за самыми интересными сложными вещами. Клетка, мозг, человек, общество устроены скорее как хаотические тучки, чем как редуктивные часы{168}.

К 1980-м гг. теория хаоса как научная дисциплина переживала период бурного роста (это случилось примерно в то время, когда первое поколение укуренных физиков-отступников стало занимать профессорские должности в Оксфорде и основывать компании, применявшие теорию хаоса для извлечения прибыли на фондовом рынке). Откуда ни возьмись появились специализированные журналы, конференции, кафедры и междисциплинарные институты. Печатались научные статьи и книги, посвященные роли хаоса в образовании, корпоративном управлении, экономике и на фондовом рынке, в искусстве и архитектуре (высказывалась интересная идея, что природа кажется нам красивее, скажем, офисного здания в стиле модерн, поскольку она содержит как раз нужную долю хаоса), в литературоведении и в культурных исследованиях телевидения (было замечено, что, подобно хаотическим системам, «телеспектакли и просты, и сложны одновременно»), в неврологии и кардиологии (что интересно, и там и там малая хаотичность оказалась негативным фактором[136]). Были даже научные статьи, посвященные связи теории хаоса с теологией (включая одну с прекрасным названием «Хаос как союз рая и ада», автор которой писал: «Те из нас, кто желает соединить современную культуру с богословской мыслью, не могут позволить себе обойти вниманием теорию хаоса»){169}.

Тем временем интерес к теории хаоса, как ее понимали, прорвался и в сознание широкой публики – кто бы мог такое предсказать? Расплодились настенные календари с фракталами. Романы, стихи, кинофильмы, телевизионные сериалы, многочисленные музыкальные группы, альбомы и песни выносили «странный аттрактор» или «эффект бабочки» в заглавия и на обложки[137]. На сайте фан-клуба мультсериала «Симпсоны» сообщается, что в одном из эпизодов, где Лиза тренирует бейсбольную команду, она читает книгу под названием «Применение теории хаоса к анализу бейсбола». И мое любимое: в романе «Теория хаоса», вышедшем в серии «Обворожительные ботаники» издательства Harlequin, главная героиня кладет глаз на красавчика-инженера Уилла Дарлинга. Несмотря на его расстегнутую рубашку, кубики пресса и бесстыжий томный взгляд, читателю должно быть понятно, что Уилл все-таки ботаник – ведь он носит очки{170}.





Растущий интерес к теории хаоса поднял шум, какой могли бы издавать трепещущие крылья мириад бабочек. Тут уж естественно и неизбежно разные мыслители принялись утверждать, что непредсказуемость и хаотичность человеческого поведения и есть то самое пространство, где резвится свобода воли. Будем надеяться, что уже охваченный нами материал, объясняющий, чем хаотичность является, а чем не является, поможет доказать, что ничего подобного быть не может.

Головокружительная идея, будто хаотичность доказывает существование свободы воли, встречается по крайней мере в двух вариантах.

ПЕРВЫЙ ЛОЖНЫЙ ВЫВОД: СВОБОДНО ВЫБИРАЮЩАЯ ТУЧКА

Верующие в свободу воли особо упирают на отсутствие предсказуемости – на бесконечных жизненных развилках мы выбираем между Х и не-Х, и это порою влечет за собой самые серьезные последствия. И никто, будь он даже семи пядей во лбу, не сможет предсказать результаты каждого такого выбора.

Выступая в том же ключе, физик Герт Эйленбергер пишет: «Такого просто не может быть, чтобы математические конструкции полностью и исчерпывающе отражали реальность». Потому что, пишет Эйленбергер, «математические способности вида Homo sapiens принципиально ограничены в силу своей биологической основы… Вследствие [хаотичности] детерминизм Лапласа[138] не может быть абсолютным, и вопрос о существовании случайности и свободы снова открыт!» Восклицательный знак в конце поставил сам автор; а если уж физик расставляет в своих работах восклицательные знаки, значит, он настроен серьезно{171}.

Биофизик Келли Клэнси придерживается похожего мнения относительно хаотичности в мозге: «Со временем хаотические траектории будут тяготеть к [странным аттракторам]. Поскольку хаосом можно управлять, он обеспечивает необходимый баланс между стабильностью и поиском. А поскольку он непредсказуем, то он серьезный кандидат на динамический субстрат свободы воли»{172}.

К ним присоединяется и Дойн Фармер, что меня расстраивает, если вспомнить, что он был одним из первых апостолов теории хаоса и должен бы знать все это лучше. «В философском плане меня ошеломило, [что хаотичность – это] действенный путь примирения свободы воли с детерминизмом. Система является детерминированной, но мы не знаем, как она себя поведет в дальнейшем»{173}.

И последний пример: философ Дэвид Стинбург напрямую связывает рожденную хаосом свободу воли с моралью: «Теория хаоса позволяет связать факты с ценностями, открывая все их по-новому». И чтобы подчеркнуть эту связь, свою статью Стинбург опубликовал не в каком-то там научном или философском журнале, он опубликовал ее в Harvard Theological Review{174}.

Итак, группа мыслителей отыскала свободу воли в структуре хаотичности. Компатибилисты и инкомпатибилисты наивно спорят, может ли свобода воли существовать в детерминированном мире, но теперь мы можем пропустить весь этот шум мимо ушей, поскольку, как утверждают вышеупомянутые ученые, хаотичность доказывает, что мир не детерминирован. Как резюмирует Эйленбергер, «но поскольку мы теперь знаем, что крошечные, неизмеримо малые различия в начальном состоянии могут привести к совершенно разным конечным состояниям (то есть решениям), физика не способна эмпирически доказать невозможность свободы воли»{175}. С этой точки зрения индетерминизм хаоса означает, что пусть он не помогает доказать существование свободы воли, но зато он позволяет доказать, что и ее отсутствие доказать невозможно.

Но теперь перейдем к критической ошибке, которая сквозит во всех этих рассуждениях: детерминизм и предсказуемость – это совершенно разные вещи. Даже если хаотичность непредсказуема, она тем не менее детерминирована. Эту разницу можно сформулировать несколькими способами. Вот один из них: детерминизм позволяет объяснить, почему что-то произошло, а предсказуемость позволяет сказать, что будет дальше. Другой способ – обратиться к трудной для понимания разнице между онтологией и эпистемологией; в первом случае речь идет о том, что происходит, то есть о детерминизме, а во втором – о том, что поддается познанию, то есть о предсказуемости. Третий способ – это разница между «детерминированным» и «детерминируемым» (давшая нечитабельное название нечитабельной статье философа Харальда Атманспахера «Детерминизм – онтический, детерминируемость – эпистемическая», Determinism Is Ontic, Determinability Is Epistemic){176}.

Специалисты рвут на себе волосы из-за того, что любители уравнивать хаотичность со свободой воли не видят этой разницы. «Постоянно встречается путаница между понятиями детерминизма и предсказуемости», – пишут физики Серджио Капрара и Анджело Вульпиани. Первый в истории философ без имени Г. М. К. Хант из Уорикского университета пишет: «В мире, где идеально точные измерения невозможны, классический физический детерминизм не влечет за собой эпистемического детерминизма». Аналогичную мысль высказывает философ Марк Стоун: «Хаотические системы, даже если они детерминированы, не являются предсказуемыми [то есть эпистемически детерминированными]. То, что хаотические системы непредсказуемы, не означает, что наука не в состоянии их объяснить». Философы Вадим Батицкий и Золтан Домотор в своей работе с замечательным названием «Когда хорошие теории дают плохие предсказания» (When Good Theories Make Bad Predictions) называют хаотические системы «детерминированно непредсказуемыми»{177}.

Вот вам способ осмыслить этот чрезвычайно важный момент. Вернувшись к фантастическому паттерну из прошлой главы, я подсчитал, что его длина составляет около 250 строк, а ширина – 400 столбцов. Итого в нем примерно 100 000 клеток, каждая из которых либо пустая, либо заполненная. Возьмите большой лист разграфленной бумаги, скопируйте начальное состояние этого клеточного автомата, то есть его первую строку, и проведите годик, без сна и отдыха применяя правило 22 к каждой последующей строке, пройдясь простым карандашом по всем 100 000 клеток. В итоге у вас выйдет та же самая картина, что и на рисунке. Отдышитесь и сделайте это во второй раз – результат будет тот же. Поручите дело дрессированному дельфину, обладающему необычайными способностями к повторению, – и получите такой же результат. Сто третий ряд не выйдет другим, поскольку в сто втором ряду вы или дельфин решили вдруг, что судьба какой-нибудь клетки будет зависеть от духа, который вами движет, или от мнения Греты Тунберг. Полученный паттерн – результат поведения полностью детерминированной системы, которая руководствуется восемью инструкциями, составляющими правило 22. Ни на одной из 100 000 развилок никакого другого результата быть не могло (если только не из-за случайной ошибки; но, как мы увидим в главе 10, возводить здание свободы воли на фундаменте случайных сбоев – дело весьма сомнительное). Как невозможно отыскать нейрон, возбуждающийся без всякой причины, так не найти и клетки, состояние которой ничем не обусловлено.

Давайте рассмотрим это в контексте человеческого поведения. На дворе 1922 г., и перед вами 100 молодых людей, которым суждено прожить обычную жизнь. Вам говорят, что примерно через 40 лет 1 из 100 собьется с пути, начнет вести себя импульсивно, неприемлемо, почти преступно. Вот вам пробы крови каждого из них, изучайте. Увы, вы никак не сможете предсказать, у кого из них шанс пойти по кривой дорожке окажется выше случайного.

А теперь перенесемся в 2022 г. Та же когорта, и снова вам сообщают, что через 40 лет один из них слетит с катушек. Но на этот раз у вас есть возможность секвенировать геномы испытуемых. У одного из них обнаруживается мутация в гене под названием MAPT, который кодирует важный для мозга тау-белок. Вуаля – и теперь вы в состоянии точно предсказать, кто из них к 60 годам продемонстрирует симптомы поведенческого варианта лобно-височной деменции{178}.

Вернемся в когорте 1922 г. Интересующий нас тип начал подворовывать в магазинах, кидаться на незнакомцев и прилюдно мочиться. Почему он так себя ведет? Потому что он так решил.

Отщепенец из когорты 2022 г. ведет себя таким же неприемлемым образом. Почему? Потому что в одном из его генов имеется мутация, которая и предопределила такое поведение[139].

Согласно логике только что процитированных мыслителей, поведение человека из когорты 1922 г. порождалось его свободой воли. Не «чем-то, что мы ошибочно полагали свободой воли». Это и была свобода воли. А в 2022 г. это уже не она. С этой точки зрения свобода воли – это то, что мы называем биологией, которую пока не понимаем достаточно хорошо, чтобы делать прогнозы, а когда мы ее поймем, она свободой воли быть перестанет. Не мы перестанем ошибочно принимать ее за свободу воли. Она буквально перестанет ею быть. Что-то здесь не так, если тот или иной акт свободы воли существует лишь до тех пор, пока не уменьшится наше незнание. Да, наше интуитивное представление о свободе воли действительно работает таким образом, но сама свобода воли так не работает.

Мы совершаем какой-то поступок, ведем себя определенным образом, и нам кажется, что мы это поведение сами выбрали, что внутри, отдельно от всех этих нейронов, существует некое «я», обитель воли и субъектности. Наши ощущения буквально кричат об этом, поскольку мы не понимаем и не можем себе вообразить тех скрытых течений нашей биологической истории, которые это поведение вызвали. Непростая задача – преодолеть это интуитивное ощущение, пока ждешь того знаменательного момента, когда ученые научатся точно предсказывать поведение людей. Но соблазн приравнять хаотичность к свободе воли показывает, насколько труднее отказаться от этого ощущения, зная, что наука так никогда и не сможет в точности предсказывать поведение детерминированной системы.

ВТОРОЙ ЛОЖНЫЙ ВЫВОД: БЕСПРИЧИННЫЙ ПОЖАР

Большая часть очарования хаотичности проистекает из факта, что, применив к системе простые правила детерминизма, можно получить что-нибудь затейливое и совершенно непредсказуемое. Как мы только что видели, если спутать хаотичность с индетерминизмом, нас неминуемо затянет в воронку веры в свободу воли. Перейдем к другой проблеме.

Вернемся к рисунку, где было показано, что при применении правила 22 два разных начальных состояния приходят к идентичному паттерну и, следовательно, невозможно узнать, какое из этих двух состояний его породило.

Это явление называется конвергенцией. Термин часто используется в эволюционной биологии. В этом случае речь идет не столько о том, что невозможно сказать, от какого из двух вероятных предков произошел тот или иной вид (например, «Три или пять ног было у предка слонов? Как знать!»). Тут речь скорее о такой ситуации, когда два разных вида приходят к одному и тому же решению задачи на выживание[140]. Представители аналитической философии называют этот феномен – когда к одному и тому же решению можно прийти разными путями – переопределенностью. При конвергенции не избежать потери информации. Ткните в любой ряд в центре клеточного автомата, и вы не только не сможете предсказать, что произойдет, но и не сможете понять, что уже произошло и каким из возможных путей система пришла к своему нынешнему состоянию.

У проблемы конвергенции имеется удивительная параллель в истории права. Так, например, в здании А из-за чьей-то халатности начинается пожар. Рядом, из-за халатности кого-то еще, совершенно независимо от первого, вспыхивает пожар в здании В. Два пожара распространяются навстречу друг другу и сходятся, сжигая здание Б, расположенное между ними. Владелец здания Б подает в суд на соседей. Но на ком из этих двух нехороших людей лежит ответственность? Не на мне, говорит каждый из них в суде, – если бы моего пожара не было, здание Б все равно сгорело бы. И это работало – ни один из владельцев не нес ответственность. Так было до 1927 г., когда в деле «Кингстон против Чикагской и Северо-Западной железной дороги» суд постановил, что ответственность можно делить, а вина может быть частичной{179}.

Еще пример: представьте группу солдат, выстроившихся в расстрельную команду, чтобы привести в исполнение смертный приговор. Независимо от того, насколько энергично жмет солдат на спуск в порыве послушания Господу Богу и стране, его порою гнетет некое двойственное чувство: возможно, чувство вины за убийство человека или опасение, что обстоятельства изменятся и он сам вдруг окажется перед расстрельной командой. Столетия такой практики привели к когнитивной манипуляции – одному из солдат выдавали оружие, заряженное холостыми патронами. Кому оно доставалось, не знал никто, а значит, каждый думал, что оно – в его руках, следовательно, на самом деле он не убийца. Когда были изобретены аппараты для смертельных инъекций, в некоторых штатах их конструкция предусматривала наличие двух разных шприцев с ядом. Два человека жмут на свои кнопки, и автоматический рандомизатор вводит яд из одного шприца в вену приговоренного, а содержимое другого – выливает. Как связаны шприцы и кнопки, нигде не фиксируется. Таким образом, каждый из участников экзекуции знает, что палачом мог быть другой. Милые психологические уловки, размывающие ответственность{180}.

Теория хаоса тянет на похожий психологический трюк. Ее особенность заключается в том, что знание начального состояния не позволяет предсказать, что будет дальше, и это наносит сокрушительный удар по классическому редукционизму. Но невозможность узнать, что случилось в прошлом, разрушает так называемый радикальный элиминативный редукционизм – возможность вычеркивать все вероятные причины, пока не доберешься до той самой причины.

Именно поэтому вы не можете применить радикальный элиминативный редукционизм, чтобы решить, чья халатность вызвала пожар, какая кнопка заставила шприц впрыснуть яд или какое предшествующее состояние породило определенный хаотический паттерн. Но это не означает, что пожар не был вызван ничем, что в изрешеченного пулями приговоренного никто не стрелял или что хаотическое состояние возникло из ниоткуда. Отказ от радикального элиминативного редукционизма еще не доказывает индетерминизма.

Казалось бы, это очевидно. Но как раз что-то такое и подразумевают некоторые из верующих в свободу воли: если мы не можем сказать, что вызвало Х, то не можем и исключить индетерминизм, освобождающий место для свободы воли. Как пишет один видный компатибилист, маловероятно, чтобы редукционизм исключал возможность существования свободы воли, «поскольку цепочка причин и следствий содержит разрывы такого типа, которые опровергают радикальный редукционизм и детерминизм, по крайней мере в том виде, какой требуется для опровержения свободы воли». Боже, помоги мне удержаться от рассмотрения под лупой смысла слова «и», но хаотическая конвергенция не опровергает радикального редукционизма и детерминизма. Она опровергает только первое. К тому же, по мнению этого автора, предполагаемое опровержение детерминизма каким-то боком касается «стратегий, на основе которых мы возлагаем ответственность». Если вы не можете определить, какая из двух поддерживающих вас черепашьих башен тянется до самого низу, это еще не значит, что вы висите в воздухе{181}.

В ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, к чему же мы пришли? Опровержение рефлекторного редукционизма, демонстрация, что хаотичность ведет себя прямо противоположно хаосу, факт, что случайностей в мире меньше, чем предполагается, зато в нем обнаруживаются неожиданная структура и детерминизм – это все замечательно. То же самое касается крыльев бабочки, узоров на морских раковинах и Уилла Дарлинга. Но чтобы перейти отсюда к свободе воли, нужно принять крах редукционизма, который делает невозможным точное описание прошлого или предсказание будущего, за доказательство индетерминизма. Столкнувшись со сложными вещами, некое внутреннее чувство умоляет нас заполнить ошибочными концепциями то, чего мы не понимаем и никогда не сможем понять.

Переходим к следующей, смежной теме.

7

Основы эмерджентности

Две предыдущие главы можно свести к следующему:


– Редукционизм по принципу «разложи на составные части» не помогает понять некоторые чрезвычайно интересные явления, которые касаются нас самих. Напротив, в подобных нам хаотических системах мизерные различия в начальных состояниях влекут за собой серьезнейшие последствия.
– Из такой нелинейности вытекает принципиальная непредсказуемость, которая наводит многих на мысли об эссенциализме, идущем вразрез с редуктивным детерминизмом, – и следовательно, положение «свободы воли быть не может, поскольку мир детерминирован» отправляется ими в утиль.
– Ничего подобного. Непредсказуемость – это не то же самое, что недетерминированность; редуктивный детерминизм не единственный вид детерминизма; хаотические системы – чисто детерминированные, и все вышесказанное перечеркивает этот конкретный способ обосновать существование свободы воли.


Эта глава посвящена смежной области удивительных явлений, которые, похоже, бросают вызов детерминизму. Начнем с кирпичей. Пофантазируем и представим, что они поверили в себя и научились передвигаться на крошечных невидимых ножках. Выпустите один кирпич в поле; он станет бесцельно по нему ползать. Два кирпича – картина та же. Кучка кирпичей – и вот уже некоторые натыкаются друг на друга. Когда такое случается, они взаимодействуют до крайности простыми способами – могут просто улечься рядом и остаться в таком положении или же один заползает на другой. Вот и всё. А теперь разбросайте по полю тьму-тьмущую одинаковых кирпичей, и вот уже они медленно ползают вокруг, мириады укладываются рядками, мириады карабкаются друг на друга… и постепенно они строят Версальский дворец. Удивительно не то, что из простых кирпичей можно построить – ого, нечто настолько сложное, как Версаль[141]. Удивительно, что, если груда кирпичей достаточно велика, этот безмозглый строительный материал, подчиняющийся нескольким простым правилам, без всякого человеческого присмотра сам собирается в Версаль.

Это не та свойственная хаосу чувствительность к начальным условиям, где идентичные составные элементы вовсе не идентичные, если посмотреть на них при большом увеличении, – а затем бабочка, взмахнув крыльями, складывает из них Версаль. Нет, всё не так: соберите вместе достаточное количество простых элементов – и они спонтанно самоорганизуются в нечто потрясающе сложное, изящное, адаптивное, функциональное и классное. При достаточном количестве качество просто… возникает, часто совершенно непредсказуемо[142]{182}.

Как оказалось, подобная эмерджентность наблюдается в сферах, очень близких к тем, что нас интересуют. Огромная разница между грудой бестолковых одинаковых кирпичей и Версалем, в который они самостоятельно выстраиваются, кажется, не объясняется обычными законами причины и следствия. Наша рациональная сторона думает (неправильно…) о таких словах, как «недетерминированный». Наша менее рациональная сторона думает о словах типа «волшебный». В любом случае часть «само–» слова «самоорганизуются» выглядит такой субъектной, такой изобилующей смыслом «будь дворцом, которым ты хочешь быть», что буквально притягивает к себе мысли о свободе воли. Как раз это представление мы и попробуем развенчать в этой и в следующей главе.

РЕЧЬ НЕ О ЛУННОЙ ПОХОДКЕ МАЙКЛА ДЖЕКСОНА

Давайте начнем с того, что эмерджентностью считаться не будет.

Поставьте посреди поля мускулистого парня в ненастоящей военной форме с сузафоном[143]. Поведение его очень простое: он может идти вперед, влево или вправо, и делает он это случайным образом. Выпустите на поле группу таких же оркестрантов, и ничего нового не произойдет: они будут двигаться беспорядочно и безо всякого смысла. Но вот у вас их три сотни, и они вдруг организуются в гигантского Майкла Джексона, пересекающего лунной походкой 45-метровую линию футбольного поля в перерыве между периодами[144].

Разве здесь мы не имеем дело с такими же взаимозаменяемыми, однородными элементами с одним и тем же мизерным репертуаром движений? Почему это не считается эмерджентностью? Потому что здесь есть генеральный план. Не в голове отдельного сузафониста, конечно, но в голове провидца, который постился в пустыне, где его посетило видение прогуливающихся лунной походкой соляных столпов, после чего он вернулся к оркестру с Благой вестью. Это не эмерджентность.

Вот настоящая эмерджентность: начните с одного муравья. Он бесцельно бродит по полю. Десять муравьев заняты тем же самым. Сотня взаимодействует друг с другом со слабым намеком на некие закономерности. Но соберите вместе тысячи муравьев, и они образуют колонию с разделением труда. Они примутся строить из собственных тел мосты или плоты, способные дрейфовать неделями, оборудуют защищенные от воды подземные гнезда с выстланными листьями коридорами, которые ведут к специализированным камерам с особым микроклиматом в каждой: один для выращивания грибов, а другой – для выращивания потомства. Это сообщество, способное изменяться в ответ на меняющиеся требования окружающей среды. При этом система обходится без всякого плана и без планировщика{183}.

Что же тогда приводит к самопроизвольному возникновению сложности?


– Существует огромное количество подобных муравьям элементов: либо полностью идентичных, либо нескольких разных типов.
– Каждый «муравей» обладает ограниченным репертуаром действий.
– Случайные взаимодействия муравья с ближайшими соседями регулируются набором простых правил (например, «ходи с этим камешком в своих крошечных муравьиных жвалах до тех пор, пока не наткнешься на другого муравья с камешком, и тогда бросай свой»). Ни одному муравью не известно ничего, кроме этих простых правил, и каждый действует как автономный агент.
– Из очень сложных феноменов, которые может создать такая система, возникают нередуцируемые свойства, существующие только на уровне системы в целом (например, одна молекула воды не может быть мокрой; «мокрота» рождается лишь из совокупности молекул воды, и изучение одной молекулы не поможет предсказать свойства «мокроты»); на своем уровне сложности эти свойства самодостаточны (вы можете точно предсказать поведение системы, почти ничего не зная о ее компонентах). Как резюмировал нобелевский лауреат физик Филип Андерсон, «больше – это другое»[145]{184}.
– Эти эмерджентные свойства прочны и устойчивы – водопад, например, сохраняет свои свойства с течением времени, несмотря на то что ни одна молекула воды не падает с высоты более одного раза{185}.
Отдельные характеристики зрелой эмерджентной системы могут быть (хотя и не обязательно) непредсказуемыми, что перекликается с темой двух предыдущих глав. Знание начального состояния и правил репродукции (по типу клеточного автомата) дает вам средства для развития сложности, но не средства для ее описания. Или, используя термин, предложенный выдающимся нейробиологом прошлого века Паулем Вайсом, начальное состояние не может содержать в себе «маршрута»[146]{186}.
– Непредсказуемость отчасти объясняется тем, что в эмерджентных системах дорога, по которой вы едете, в это самое время и прокладывается и, по сути, ваше движение по ней влияет на процесс строительства, обеспечивая обратную связь[147]. Более того, цель, к которой вы стремитесь, может, даже еще не существует – вам предстоит взаимодействовать с несуществующей целью, которая в нужный момент при должном везении появится. Кроме того, в отличие от клеточных автоматов, о которых шла речь в предыдущей главе, эмерджентные системы подвержены случайности (на профессиональном жаргоне это называется «стохастические события»), причем последовательность случайных событий тоже важна[148].
– Эмерджентные системы бывают порой невероятно адаптивными, но, несмотря на это, у них не существует ни плана, ни планировщика{187}.


Вот простая версия адаптивности: две пчелы покидают улей и в поисках источника пищи летят куда глаза глядят. Каждая находит по такому источнику, причем один из них лучше другого. Пчелы возвращаются в улей, и ни одна не обладает всей полнотой информации об обоих источниках пищи сразу. И тем не менее все пчелы улья летят прямиком к лучшему.

Вот пример посложнее: в поисках пропитания муравей обходит восемь разных мест. Крошечные муравьиные ножки устают, и в идеале муравью лучше бы посетить каждое место лишь единожды, причем по кратчайшему пути из 5040 возможных (факториал семи). Перед нами разновидность известной задачи коммивояжера, которая веками занимала умы математиков, безрезультатно искавших для нее общее решение. Одна из стратегий решения задачи – это перебор: проверьте все возможные маршруты, сравните их и выберите лучший. Это требует огромной работы и особых вычислительных мощностей – если вам нужно посетить десять мест, придется проверить больше 360 000 маршрутов, а если 15, то их будет уже около 80 млрд. Это просто невозможно. Но возьмите примерно 10 000 муравьев, составляющих типичную колонию, разместите их на восьми кормовых площадках, и они отыщут нечто близкое к оптимальному из 5040 возможных решений гораздо быстрее, чем это делать перебором, и ни один муравей не будет знать ничего, кроме пути, которым шел он сам, а также двух правил (до которых мы еще доберемся). Это так хорошо работает, что специалисты в области информатики решают такие задачи при помощи «виртуальных муравьев», полагаясь на нечто, известное как роевой интеллект[149]{188}.

Та же адаптивность свойственна и нервной системе. Взять хотя бы микроскопического червя, любимца нейробиологов[150]; с точки зрения затрат на установление связей между нейронами нервная система червя демонстрирует оптимизацию, близкую к оптимизации в задаче коммивояжера; то же самое касается и нервной системы мухи. И мозга приматов тоже; в коре головного мозга приматов можно выделить 11 связанных между собой областей. Соединить их можно миллионами разных способов, и развивающийся мозг каким-то образом отыскивает оптимальное решение. Далее мы увидим, что залог успеха во всех таких случаях – применение правил, концептуально схожих с теми, которым подчиняются муравьи, решающие задачу коммивояжера{189}.

Существуют и другие виды адаптивности. Нейрон «хочет» как можно эффективнее распределить массив из тысяч своих дендритных отростков для получения входных сигналов от других нейронов, и даже конкурирует с соседними клетками. Кровеносная система «хочет» как можно эффективнее разветвить тысячи своих артерий, доставляя кровь к каждой клетке тела. Дерево «хочет» как можно эффективнее раскинуть ветви, чтобы уловить листьями максимальное количество солнечного света. И как мы увидим далее, во всех трех случаях задача решается при помощи похожих правил{190}.

Как такое может быть? Давайте посмотрим, откуда берется эмерджентность при использовании простых, схожим образом работающих правил, – на примере муравьев, слизевиков, нейронов, людей и обществ, решающих задачи на оптимизацию. Это занятие немедленно избавит нас от первого соблазна: думать, будто эмерджентность – пример индетерминизма. Ответ тот же, что и в прошлой главе: непредсказуемое – это не то же самое, что недетерминированное. Справиться со вторым соблазном будет посложнее.

СВЕДУЩИЕ РАЗВЕДЧИКИ И СЛУЧАЙНЫЕ ВСТРЕЧНЫЕ

Во многих примерах эмерджентности можно проследить общий мотив: процесс складывается из двух простых этапов. На первом – «разведчики» исследуют окружающую среду; отыскав необходимый ресурс, они сообщают об этом остальной популяции[151]. Сообщение должно содержать информацию о качестве ресурса – например, лучшему ресурсу соответствует более долгий или громкий сигнал. На втором этапе другие особи беспорядочно перемещаются по среде, вооруженные простым правилом, определяющим их реакцию на сообщение.

Вернемся к примеру с пчелами. Две пчелы-разведчицы обследуют окрестности в поисках источников пищи. Отыскав подходящий, пчела возвращается в улей, чтобы рассказать о нем остальным; пчелы сообщают новости посредством известного танца с определенным движением, в рисунке которого закодировано, в каком направлении и на каком расстоянии расположен источник пищи. Важно, что чем лучше источник, тем дольше пчела исполняет одну из фигур своего танца – так она информирует о качестве[152]. На втором этапе другие пчелы беспорядочно бродят по улью и, наткнувшись на танцующую разведчицу, улетают проверить тот источник пищи, о котором она сообщает… после чего возвращаются, чтобы тоже «станцевать» новости. И поскольку чем лучше источник, тем дольше танец, то и вероятность наткнуться на разведчика, сообщающего «отличные» новости, выше вероятности встретить танцора, который принес новости «хорошие». Это повышает вероятность того, что скоро танец отличных новостей будут танцевать уже две пчелы, потом четыре, потом восемь… пока вся колония не сойдется в решении отправиться на оптимальный участок кормления. А та разведчица, что принесла хорошие новости, уже давно перестала танцевать, наткнулась на танцорку с отличными новостями и присоединилась к большинству. Заметьте – в улье нет никакой принимающей решение пчелы, которая получает информацию о двух источниках пищи, сравнивает их, выбирает лучший вариант и ведет за собой остальных. Все дело в том, что пчела, которая танцует дольше, привлекает на свою сторону пчел, которые тоже начинают танцевать дольше: сравнение и оптимальный выбор осуществляются как бы исподволь; в этом и заключается суть роевого интеллекта{191}.

Аналогично предположим, что две пчелы-разведчицы обнаружили два одинаково хороших источника пищи, но один из них расположен в два раза дальше от улья, чем другой. Следовательно, пчеле, отыскавшей пищу ближе, потребуется в два раза меньше времени, чтобы вернуться в улей с новостями, чем пчеле, отыскавшей пищу подальше, – а это значит, что число танцующих на ее стороне пчел начнет удваиваться раньше, экспоненциально подавляя сигнал пчелы, прилетевшей издалека. Вскоре все пчелы отправятся к ближайшему источнику пищи. Муравьи примерно так же подыскивают оптимальное место для нового муравейника. Разведчики отправляются на поиски, каждый находит подходящее местечко; чем оно перспективнее, тем дольше насекомое там остается. Затем другие муравьи рассыпаются по местности, вооруженные правилом: если наткнешься на стоящего муравья, проверь это место на предмет основания колонии. Здесь тоже чем лучше качество, тем мощнее сигнал вовлечения, который к тому же сам себя усиливает. Работа моей коллеги-первопроходца в этой сфере Деборы Гордон показывает дополнительный уровень адаптивности. Подобные эмерджентные системы характеризуются разными параметрами: на какое расстояние муравьи удаляются от муравейника, сколько времени они проводят в хороших местах по сравнению с местами среднего качества и так далее. Дебора продемонстрировала, что в разных экосистемах эти параметры варьируют в зависимости от того, насколько обильны источники пищи, как часто встречаются и насколько затратно само кормление (например, с точки зрения потери жидкости пустынным муравьям кормление обходится дороже, чем лесным); чем успешнее колония эволюционировала в направлении тех параметров, какие подходят для той или иной среды обитания, тем больше вероятность, что она выживет и оставит потомство[153],[154]{192}.

Два этапа – доставка сообщения, а затем вербовка случайных встречных – объясняют, каким образом достигается оптимальное решение задачи коммивояжера при помощи метода виртуальных муравьев. Поместите пригоршню муравьев на каждое из виртуальных мест кормежки; каждый муравей случайным образом выберет маршрут, предполагающий однократное посещение всех остальных кормовых участков, а в процессе будет оставлять за собой феромонный след[155]. Каким образом лучшее качество транслируется в усиленный сигнал? Чем короче маршрут, тем сильнее феромонный след, который оставляет за собой разведчик; феромонам свойственно испаряться, и поэтому более короткий и густой след сохраняется дольше. Появляется второе поколение муравьев: они бесцельно бродят, соблюдая следующее правило: наткнувшись на феромонный след, иди по нему и добавляй свои феромоны к уже имеющимся. В результате чем гуще и, следовательно, долговечнее след, тем выше вероятность, что по нему пойдет еще один муравей, обновляя и усиливая сигнал. Вскоре менее эффективные маршруты исчезают, и остается одно оптимизированное решение. Нет необходимости собирать информацию о длине каждого из возможных маршрутов, чтобы некий центральный орган сравнивал их и направлял муравьев к лучшему решению. Нечто близкое к оптимальному решению возникает само собой[156].

(Вот о чем еще следует сказать: как мы увидим далее, алгоритмы прироста по принципу «деньги к деньгам» объясняют оптимизированное поведение и у людей, и у других биологических видов. Но «оптимальное» еще не означает «хорошее» с моральной точки зрения. В буквальных сценариях «деньги к деньгам» благодаря усиливающемуся сигналу экономического неравенства только богатые и богатеют.)

Теперь давайте посмотрим, как эмерджентность помогает слизевикам решать задачи.

Слизевики – это такие простейшие слизистые организмы, то ли плесень, то ли гриб, то ли амеба, которые существуют как будто только для того, чтобы запутать биологов, пытающихся их как-то классифицировать. Слизевики растут и, подобно ковру, распластываются по поверхностям в поисках микроорганизмов, которыми питаются.

Собственно, слизевик – это миллионы одноклеточных амеб, объединивших свои усилия, чтобы слиться в гигантскую многоядерную клетку, которая расползается по поверхностям в поисках пищи – по всей видимости, это эффективная стратегия охоты[157] (намек на эмерджентность: одна клетка слизевика может расползаться не лучше, чем одна-единственная молекула воды может быть мокрой). Некогда отдельные клетки соединены между собой тяжами, которые растягиваются или сжимаются в зависимости от направления движения слизевика (см. рис.).

Вот эта-то сплоченность и наделяет слизевика умением решать задачи. Поместите каплю слизевика в маленький пластиковый колодец, к которому примыкают два коридора: первый ведет к одной крошке овсяных хлопьев (слизевики их обожают), а в конце другого их две. Слизевик не посылает разведчиков: он расползается в оба коридора и находит оба источника пищи. Но уже через несколько часов слизевик ретируется из коридора с одной крошкой и весь целиком скапливается вокруг двух крошек. Если к одному и тому же источнику пищи ведут два коридора разной протяженности, слизевик сначала распространится в оба, но в итоге выберет тот, что короче. Так же он ведет себя в лабиринтах со множеством коридоров и тупиков[158]{193}.





Сначала слизевик заполняет все пути (панель а); затем он начинает уходить из лишних (панель b), пока не найдет оптимального решения (панель с) (не обращайте внимания на технические пометки)



Ацуши Теро из Университета Хоккайдо продемонстрировал интеллектуальные возможности слизевика, высадив его на ограниченную причудливо изломанным краем поверхность и разложив в ее определенных точках овсяные хлопья. Поначалу слизевик расползся по поверхности, образовав нити, множеством путей соединившие друг с другом все источники пищи. Но по прошествии времени бо́льшая часть нитей втянулась, оставив на поверхности что-то близкое к наикратчайшему пути, соединяющему все источники пищи. Задача о бродячем слизевике. И вот вам факт, который заставляет аудиторию умолять о продолжении, – изломанный край повторял береговую линию в районе Токио; слизевика высадили в точку, соответствующую японской столице, а овсяные хлопья символизировали собой пригородные станции Токийской железной дороги. Схема, созданная нитями слизевика, повторяла схему реальных железных дорог, соединяющих эти станции. Слизевик без единого нейрона против команды инженеров путей сообщения{194}.





Как слизевик это делает? Примерно как муравьи и пчелы. В опыте с двумя коридорами, ведущими к разному количеству пищи, слизевик сначала растекается по обоим, но, когда находит еду, внутренние тяжи сокращаются в направлении большего количества пищи, подтягивая к ней остальную часть слизевика. Важно, что чем лучше источник пищи, тем с большим усилием сокращаются тяжи. Затем тяжи, расположенные чуть дальше в теле слизевика, передают усилие, сокращаясь в том же направлении и увеличивая силу притяжения, которая распространяется все дальше по телу слизевика, пока весь он не перетечет на оптимальный маршрут. Слизевику нечем сравнивать опции и принимать решения. Просто нити слизевика, расползающиеся по двум коридорам, выступают в роли разведчиков, передающих информацию о наилучшем маршруте таким образом, что «деньги притягиваются к деньгам» при помощи механических сил{195}.

Теперь посмотрим на растущий нейрон. Он посылает проекцию, которая разветвляется на два побега-разведчика («конуса роста»), направляющиеся к двум другим нейронам. Если свести формирование мозга к одному простому механизму, можно сказать, что каждый целевой нейрон притягивает к себе конус роста, выделяя в его сторону молекулы-аттрактанты. Один из двух нейронов-мишеней «лучше» другого, он выделяет больше аттрактанта, и в результате конус роста добирается до него быстрее, что заставляет микротрубочку внутри терминала аксона изгибаться в ту же сторону и притягиваться к тому же целевому нейрону. Потом соединенная с ней параллельная микротрубочка, скорее всего, сделает то же самое. Это увеличит механическую силу, разворачивающую в нужную сторону все больше и больше микротрубочек. Второй побег-разведчик втягивается, и растущий нейрон образует синапс с лучшей целью[159]{196}.

Давайте изучим муравьиный/пчелиный/слизевиковый мотив в применении к развивающемуся мозгу, формирующему кору, – самую интересную и эволюционно молодую его часть.

Кора представляет собой шестислойный пласт, покрывающий поверхность мозга; на поперечном срезе видно, что каждый ее слой состоит из нейронов нескольких разных типов (см. рис. ниже).