«Нельзя сказать, что мир – это полная иллюзия и объекты в нем отсутствуют;
дело в другом: если вам удастся проникнуть в глубины вселенной
и посмотреть на нее как на голографическую систему,
вы придете к совершенно иной реальности – той, которая поможет понять то,
что до сих пор не находит объяснения в науке, а именно: паранормальные явления и синхронизмы – удивительные совпадения, имеющие внутреннюю связь».
– Карл Прибрам
Первой загадкой, с которой в начале 1940-х годов столкнулся Прибрам на пути формулирования голографической модели, была природа памяти – в частности, ее местонахождение. Тогда господствовало мнение, что хранилище памяти – головной мозг. Например, считалось, что память о том, когда вы в последний раз видели свою бабушку или нюхали цветы в саду, запечатлена в определенных клетках мозга. Такие следы памяти получили наименование энграмы, и хотя никто не мог толком сказать, что они такое – нейроны или, возможно, молекулы особого рода, – большинство ученых было уверено, что со временем эти самые энграмы непременно обнаружат.
Для такой уверенности были свои основания. Исследования, проведенные в 1920-е годы канадским нейрохирургом Уайлдером Пенфилдом, убедительно показали, что у специфической памяти действительно имеется конкретная локализация в головном мозге. Одним из самых необычных свойств мозга оказалась его нечувствительность к боли. Местная анестезия кожи головы и костных тканей черепа позволяла оперировать мозг человека, остававшегося при полном сознании.
Пенфилд использовал этот факт при проведении ряда экспериментов. Оперируя на мозге эпилептиков, он стимулировал электрическим током те или иные его участки и к своему изумлению обнаружил, что стимулирование височных долей мозга, как правило, приводит к тому, что оперируемый начинает вспоминать прошлые события во всех мельчайших подробностях. Один человек вдруг услышал давнюю свою беседу с друзьями из Южной Африки; мальчик вспомнил свой разговор с матерью по телефону и после нескольких прикосновений электрода был в состоянии повторить слово в слово каждую реплику; женщина вдруг обнаружила, что она у себя в кухне и слышит все, что делает ее ребенок в другой комнате. Даже когда Пенфилд делал вид, что стимулирует другую область мозга, обмануть пациентов не удавалось: касание к одной и той же точке неизменно вызывало одни и те же воспоминания.
В книге «Загадка сознания», опубликованной в 1975 году, незадолго до его смерти, Пенфилд писал: «Мне стало ясно, что это не какие-то фантазии на манер сновидений. Я вызывал электрическую активацию записей прошлого опыта пациентов. Пациенты заново переживали свой опыт, словно он был заснят на кинопленке».
На основании своих исследований Пенфилд заключил, что все, что мы когда-либо испытывали в жизни, записывается мозгом, будь то незнакомое лицо в толпе или паутинка, за которой мы наблюдали в детстве. Он указал, что это объясняет преобладание в его экспериментах огромного количества второстепенных бытовых деталей, зафиксированных памятью. Если наша память – полная запись даже самых незначительных ежедневных событий, вполне логично предположить, что при непроизвольном погружении в такой объем информации активизируется большое количество тривиальных данных.
Вначале молодой нейрохирург Прибрам принимал на веру Пенфилдову теорию энграм. Но затем произошло нечто, в корне изменившее его взгляды. В 1946 г. он начал работать с выдающимся нейропсихологом Карлом Лэшли из Йеркешской лаборатории высших приматов в Ориндж-Парк, штат Флорида. В распоряжении Прибрама оказался огромный опыт, накопленный Лэшли в течение тридцати лет исследований загадочного механизма памяти, и оказалось, что эксперименты Лэшли ставят под сомнение само существование энграм заодно со всеми выводами Пенфилда.
Лэшли занимался тем, что обучал крыс выполнять серию задач – например, выискивать наперегонки кратчайший путь в лабиринте. Затем он удалял различные участки мозга крыс и заново подвергал их испытанию. Его целью было локализовать и удалить тот участок мозга, в котором хранилась память о способности бежать по лабиринту. К своему удивлению он обнаружил, что вне зависимости от того, какие участки мозга были удалены, память в целом нельзя было устранить. Обычно лишь была нарушена моторика крыс, так что они едва ковыляли по лабиринту, но даже при удалении значительной части мозга их память оставалась нетронутой.
Для Прибрама это были исключительно важные открытия. Если бы память хранилась в определенных участках мозга, подобно тому как книги располагаются в определенных местах на полках, то почему хирургическое вмешательство не влияло на память? В понимании Прибрама единственным ответом могло быть то, что конкретная память не локализуется в определенных участках мозга, а каким-то образом распределена (distributed) по всему мозгу, как единое целое. Проблема состояла в том, что Прибрам не знал, какой механизм или процесс может дать удовлетворительное обоснование этой гипотезе.
Еще более обескуражен экспериментами был сам Лэшли. Позже он писал: «Когда я пытался выявить локализацию памяти, мне порой начинало казаться, что в принципе невозможно вообще никакое обучение. И однако, несмотря на отрицательные результаты эксперимента, оно происходит». В 1948 году Прибраму предложили должность в Йейльском университете, и перед тем, как туда перебраться, он помог Лэшли описать его монументальные тридцатилетние эксперименты.
В Йейльском университете Прибрам продолжал обдумывать свою гипотезу о том, что память, судя по всему, распределена в мозговой ткани, и чем больше он думал, тем более гипотеза казалась убедительной. Все пациенты, у которых мозг был частично удален по медицинским показаниям, никогда не жаловались на потерю конкретной памяти. Удаление значительной части мозга может привести к тому, что память пациента станет расплывчатой, но никто еще не терял после операции избирательную, так называемую селективную память. Например, люди, получившие травму головы в автомобильных катастрофах, всегда помнили всех членов своей семьи или прочитанный ранее роман. Даже удаление височных долей – той области мозга, которую Пенфилд подверг особенно пристальному изучению, – не приводило к каким-либо провалам в памяти пациента.
Идеи Прибрама получили дальнейшее подтверждение в экспериментах, проведенных им самим и другими исследователями на пациентах, не относящихся к эпилептикам. В результате этих экспериментов не удалось подтвердить выводы Пенфилда об избирательной стимуляции памяти. Сам Пенфилд не смог повторить свои результаты на пациентах, не страдающих эпилепсией.
Несмотря на все большую для Прибрама очевидность распределенного характера памяти, он пока еще не мог понять, как мозгу удается справляться с этой поистине магической задачей. И вот в середине 1960-х годов Прибрам прочел в журнале «Scientific American» статью, где описывались первые опыты построения голограммы. Статья поразила его как гром среди бела дня. Открытие принципа голограммы не только было революционным само по себе: оно сулило решение той головоломки, с которой Прибрам столько лет безуспешно боролся.
Чтобы понять все его волнение, познакомимся немного ближе с тем, что такое голограмма. Одно из явлений, лежащих в основе голограммы, – это интерференция, то есть паттерн, возникающий в результате наложения двух или более волн (например, на поверхности воды). Если, например, бросить в пруд камешек, это произведет серию концентрических, расходящихся волн. Если же бросить два камешка, мы увидим соответственно два ряда волн, которые, расходясь, налагаются друг на друга. Возникающая при этом сложная конфигурация из пересекающихся вершин и впадин известна как интерференционная картина.
Такую картину может создавать любое волновое явление, включая свет и радиоволны. Особенно эффективен в данном случае лазерный луч, поскольку он является исключительно чистым, когерентным источником света. Лазерный луч создает, так сказать, совершенный камешек и совершенный пруд. Поэтому лишь с изобретением лазера открылась возможность получать искусственные голограммы.
Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта, после чего второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционное изображение, которое затем записывается на пленку (см. рис. 1).
Для невооруженного глаза картинка, получаемая на пленке, совершенно не похожа на фотографируемый объект. Отдаленно она напоминает концентрические круги, получаемые после броска в воду целой горсти камешков (см. рис. 2).
Но как только луч другого лазера (или, в некоторых случаях, просто направленный яркий свет) попадает на пленку, возникает трехмерное изображение первоначального объекта. Трехмерность изображения таких объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух и вы ничего не обнаружите (см. рис. 3).
Трехмерность – не единственное замечательное свойство голограммы. Если часть голографической пленки, содержащей, например, изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (хотя изображения будут ухудшаться по мере уменьшения кусочков). В отличие от обычных фотографий, каждая небольшая частичка голографической пленки содержит всю информацию целого (см. рис. 4)
Именно это обнаружившееся в голограмме свойство и взволновало Прибрама: он понял, что память как одна из центральных функций мозга имеет распределенный, а не локализованный характер. Если каждый кусочек голографической пленки может содержать информацию, по которой создается целое изображение, то совершенно аналогично каждая часть мозга может содержать информацию, восстанавливающую память как целое.
Память – не единственная функция мозга, в основе которой лежит голографический принцип. Еще одно открытие Лэшли заключалось в том, что зрительные центры мозга обнаруживают удивительную сопротивляемость хирургическому вмешательству. Даже после удаления у крыс 90% зрительного отдела коры головного мозга (часть мозга, которая принимает и обрабатывает видимое глазом) они были в состоянии выполнять задачи, требующие сложных зрительных операций.
Аналогичные исследования, проведенные Прибрамом, показали, что 98% оптических нервов у кошек могут быть удалены без серьезного нарушения их способности выполнять сложные зрительные задачи. Это можно сравнить с ситуацией, когда зрители в кинотеатре смотрят кинофильм на экране, 90% площади которого удалено.
Таким образом, проведенные Прибрамом эксперименты еще раз подвергли сомнению общепринятую концепцию зрительного восприятия, основанную на взаимно-однозначном соответствии между видимым образом и тем, как он представлен в мозгу. Другими словами, считалось, что, когда мы смотрим на квадрат, электрическая активность зрительной области коры головного мозга также принимает форму квадрата (см. рис. 5).
Хотя, казалось, открытие Лэшли нанесло смертельный удар общепринятой теории восприятия, Прибрам не был удовлетворен. Работая в Йейльском университете, он поставил ряд экспериментов по выяснению этого вопроса и в течение семи лет тщательно измерял электрическую активность мозга у обезьян во время выполнения ими различных зрительных задач. Он не только не обнаружил взаимного соответствия между предметом и его изображением в мозгу, но даже не выявил никакой системы в активизации электродов. О своих наблюдениях он писал: «Полученные экспериментальные результаты не согласуются с положением, согласно которому предмет проецируется на поверхность коры головного мозга подобно фотографии».
Нечувствительность, которую, как оказалось, проявляет зрительная область мозга к хирургическому вмешательству, означала, что зрение, как и память, имеет распределенный характер. Ознакомившись с теорией голографии, Прибрам начал рассматривать ее как возможное объяснение работы мозга. Природа голограммы как «целого, заключенного в части» вполне могла объяснить, почему удаление большой части коры головного мозга не нарушает способность мозга выполнять зрительные задачи. Если мозг обрабатывает изображения с помощью некоторой внутренней голограммы, даже небольшая часть этой голограммы могла бы восстановить увиденную ранее целую картину. Эта теория также объясняла отсутствие взаимного соответствия между внешним миром и электрической активностью мозга. Действительно, если мозг использует голографический принцип для обработки зрительной информации, взаимное соответствие между изображением и электрической активностью должно быть не больше, чем соответствие между отвлеченной интерференционной картиной на фрагменте голографической пленки и самим закодированным на пленке изображением.
Однако оставалось непонятным, какие волновые явления в мозгу способны создавать такие внутренние голограммы. Как только Прибрам сформулировал для себя этот вопрос, он тотчас же начал искать возможный ответ. К тому времени было известно, что в электрическом взаимодействии между нервными клетками мозга, или нейронами, с необходимостью принимает участие прочая мозговая ткань. Нейроны имеют древовидные разветвления, и когда электрический сигнал достигает конца одного такого разветвления, он распространяется далее в виде волн, точно таких, какие мы наблюдаем на поверхности воды. Поскольку нейроны тесно прилегают друг к другу, расходящиеся электрические волны постоянно налагаются друг на друга.
Когда Прибрам увидел это своим мысленным взором, ему стало ясно, что волны могут создавать бесконечный калейдоскопичный ряд интерференционных картин, в которых и коренится адаптированность мозга к принципу голографии. «Голографический принцип неизменно фигурирует в волновой природе взаимодействия нервных клеток мозга, – пишет Прибрам. – Мы просто не могли себе этого представить».
Прибрам опубликовал свою первую статью о предполагаемой голографической природе мозга в 1966 году и в течение последующих нескольких лет продолжал развивать и уточнять свою теорию. По мере того как с ней знакомились другие исследователи, становилось все более ясно, что распределенный характер памяти и зрения – не единственная нейрофизиологическая загадка, которую можно разгадать с помощью голографической модели.
Колоссальная вместимость памяти
Среди прочего голография дает объяснение тому, каким образом мозг умудряется хранить столько информации в столь небольшом пространстве. Гениальный физик и математик, уроженец Венгрии, Джон фон Нейман однажды рассчитал, что в среднем в течение человеческой жизни мозг накапливает порядка 2,8^1020 бит информации (280 000 000 000 000 000 000). Такое невообразимое количество информации никак не согласуется с традиционной картиной механизма хранения памяти.
В этом смысле показательно, что именно голограммы обладают фантастической способностью к хранению информации. Изменяя угол, под которым два лазера облучают кусочек фотопленки, оказывается возможным записать множество изображений на одной и той же поверхности. Любое записанное таким образом изображение может быть восстановлено простым освещением пленки лазером, направленным под тем же углом, под которым находились первоначально два луча. Используя этот метод, исследователи рассчитали, что на одном квадратном сантиметре пленки можно разместить столько же информации, сколько содержится в десяти Библиях!
Способность забывать и вспоминать
Фрагменты голографической пленки, содержащие множественные изображения, наподобие тех, которые были описаны выше, дают также ключ к пониманию нашей способности забывать и вспоминать. Если такой кусочек пленки перемещать под лучом лазера, на нем в непрерывной последовательности будут появляться и исчезать записанные образы. Предполагается, что наша способность вспоминать есть не что иное, как освещение лазерным лучом фрагмента пленки для активизации определенного образа. То есть когда мы не можем вспомнить некий образ, это означает, что, посылая, так сказать, луч на пленку, мы не можем найти правильный угол, под которым этот образ вызывается в памяти.
Ассоциативная память
Марсель Пруст в романе «В сторону Свана» описывает, как всего один глоток чая и кусочек пирожного вдруг погрузили рассказчика в целую анфиладу воспоминаний. Сначала он сбит с толку, но затем, после некоторого усилия, начинает постепенно вспоминать картины прошлого, начиная с той, где его, маленького мальчика, угощали чаем с таким же пирожным. Все мы сталкивались с подобным опытом – вкус определенной пищи или вид давно забытых предметов вдруг пробуждают в нас образы из далекого прошлого.
Из голографической модели следует дальнейшая аналогия с ассоциативной памятью. Это можно проиллюстрировать еще одним способом голографической записи. Сначала свет одного лазерного луча отражается одновременно от двух объектов, скажем, от кресла и курительной трубки. Затем происходит наложение отраженных световых потоков от двух объектов, и результирующая интерференционная картина записывается на пленку. Если теперь осветить кресло лазерным лучом и пропустить отраженный свет через пленку, на ней появится трехмерное изображение трубки. И наоборот, если то же самое проделать с трубкой, появляется голограмма кресла. Поэтому, если наш мозг действует голографически, подобный процесс может прояснить, почему некоторые объекты вызывают у нас специфические воспоминания.
Способность моментально узнавать знакомые предметы
На первый взгляд наша способность узнавать знакомые предметы не кажется такой уж необычной, однако исследователи мозга давно считают ее весьма сложной. Например, моментальное узнавание знакомого лица в толпе из нескольких сотен основано не на каких-либо индивидуальных талантах, а на чрезвычайно быстрой и надежной обработке информации мозгом.
В опубликованной в 1970 году статье в британском научном журнале «Nature» физик Петер Ван Хеерден предположил, что в основе этой способности лежит особый тип голографии, известный как голографическое распознавание образов. В голографии распознавания образ предмета записывается обычным способом, за исключением того, что луч лазера отражается от специального устройства, известного как фокусирующее зеркало, прежде чем попадет на неэкспонированную пленку. Если второй предмет, подобный, но не идентичный первому, осветить лазерным лучом и отраженный от зеркала луч направить на пленку, на пленке появится яркое световое пятно. Чем ярче и четче световое пятно, тем ближе подобие между первым и вторым предметом. Если два объекта совершенно не похожи друг на друга, световое пятно не появится. Разместив светочувствительный элемент за голографической пленкой, мы получим систему распознавания образов.
Метод, аналогичный вышеописанному и известный как интерференционная голография, может объяснить механизм распознавания знакомых и незнакомых черт, например, лица человека, которого мы не видели много лет. Этот метод заключается в том, что объект рассматривается через голографическую пленку, содержащую его образ. При этом любая черта объекта, изменившаяся по сравнению с первоначально записанным изображением, будет по-иному отражать свет. Для человека, смотрящего через пленку, сразу становится ясным, что изменилось и что сохранилось в объекте. Этот метод настолько точный, что позволяет регистрировать изменения, происходящие при нажатии пальцем на гранитную плиту, нашел впоследствии практическое применение в области материаловедения.
Фотографическая память
В 1972 году сотрудники Гарвардского университета Дэниел Поллен и Майкл Трактенберг, специализирующиеся на исследованиях зрительного восприятия, выдвинули гипотезу, согласно которой голографическая теория мозга может объяснить существование у некоторых людей фотографической памяти (известной также как «эйдетическая»). Ее обладателю обычно требуется всего несколько мгновений для сканирования сцены, которую он желает запомнить. Если он хочет воссоздать запечатленную в памяти ситуацию, он «проецирует» ее ментальное изображение на экран перед открытыми или закрытыми глазами – экран реальный или воображаемый. Изучая некую Элизабет, профессора истории искусств Гарвардского университета, обладающую этими уникальными способностями, Поллен и Трактенберг обнаружили, что при чтении ментально проецируемого образа страницы из гетевского «Фауста» ее глаза двигались так, будто она читала настоящую страницу.
Заметив, что при уменьшении фрагмента голографической пленки записанный на нем образ не становится более расплывчатым, Поллен и Трактенберг предположили, что некоторые люди имеют особо рельефную память благодаря доступу к очень большим областям их голографической памяти. С другой стороны, большинство из нас, по-видимому, обладает гораздо менее рельефной памятью из-за ограниченного доступа к участкам голографической памяти.
Передача навыков
Прибрам уверен в том, что голографическая модель также проливает свет на нашу способность передавать навыки от одной части тела к другой. Отложите на минуту книгу, которую вы сейчас читаете, и попробуйте выписать свое имя в воздухе с помощью левого локтя. Вы, наверное, обнаружите, что это довольно просто сделать, хотя, скорее всего, вы этим никогда раньше не занимались. Для классической науки такая способность загадочна, так как считается, что различные области мозга (например, та часть, которая управляет движениями локтя) «жестко программируемы», то есть способны выполнять задачи только после того, как повторное обучение вызовет соответствующие соединения нервных клеток мозга.
Прибрам замечает, что эту проблему можно разрешить, если допустить, что мозг преобразовывает все содержимое памяти, включая такие навыки, как письмо, в язык интерференционных волновых форм. Такой мозг был бы гораздо более оперативным и мог бы переносить записанную информацию из одного места в другое подобно тому, как из одной тональности в другую транспонирует мелодию умелый пианист.
Тот же механизм мог бы объяснить, каким образом мы узнаем знакомое лицо, независимо от того, под каким углом мы видим его. То есть как только мозг запомнил лицо (или любой другой объект) и преобразовал его в язык волновых форм, он может буквально перевернуть эту внутреннюю голограмму для того, чтобы изучить ее под желаемым углом.
Фантомные боли, или как мы контролируем внешний мир
Большинству из нас ясно, что чувство любви, голода, ярости и т.п. – это внутренняя реальность, в то время как звуки, солнечный свет, запах свежевыпеченного хлеба и т.п. – это реальность внешняя. И все же нет полной ясности в том, как мозгу удается проводить различие между внутренним и внешним.
Например, Прибрам отмечает, что когда мы смотрим на человека, его образ в действительности находится на поверхности сетчатки нашего глаза. Однако мы не воспринимаем человека как образ на сетчатке. Мы воспринимаем его как некий «внешний» образ. Сходным образом, когда, скажем, ушиблен палец, мы испытываем в нем боль. Но боль на самом деле не в пальце. Фактически она представляет собою некий нейрофизиологический процесс, протекающий где-то в нашем мозгу. Каким образом наш мозг умудряется обрабатывать все множество нейрофизиологических процессов, проявляющихся в виде опыта и протекающих внутри мозга, создавая при этом впечатление, что часть из них – внутренние, а часть – внешние объекты, выходящие за пределы нашего «серого вещества»?
Способность создавать иллюзию того, что вещи находятся там, где их нет, и есть главное свойство голограммы. Голограмма имеет видимую пространственную протяженность, но если провести рукой сквозь нее, вы ничего не обнаружите. Несмотря на свидетельство ваших органов чувств, никакой прибор не обнаружит присутствия энергетической аномалии или материи на месте голограммы.
Это происходит потому, что голограмма – это виртуальный образ – образ, возникающий там, где его нет, и обладающий не большей глубиной, чем ваше «трехмерное» отражение в зеркале. Подобно тому как образ в зеркале расположен на плоскости амальгамы, фактическое нахождение голограммы всегда будет на фотоэмульсии, расположенной на поверхности записывающей пленки.
Доказательство того, что мозг способен создавать иллюзию протекания внутренних процессов вне тела, в дальнейшем было получено Георгом фон Бекеши, нобелевским лауреатом в области физиологии. В ряде экспериментов, проведенных в конце 60-х годов со слепыми перципиентами, Бекеши располагал вибраторы у них на коленях, затем изменял уровень вибраций. С помощью такого метода ему удалось сделать так, что источник вибраций «перепрыгивал» с одного колена на другое. Более того, он обнаружил, что может вызвать у своих подопытных ощущение вибрации в пространстве между коленями. Другими словами, он показал, что люди способны ощущать предметы в пространстве, не имея для этого сенсорных рецепторов.
По мнению Прибрама, работа Бекеши согласуется с голографической моделью и проливает дополнительный свет на то, как интерферирующие волновые фронты – или, в случае Бекеши, интерферирующие источники механической вибрации – помогают мозгу локализовать свое восприятие вне физических границ тела. Он полагает, что этот процесс может также объяснить фантомные боли, то есть ощущение присутствия ампутированной руки или ноги у некоторых людей. Эти люди часто отмечают странные, вполне реалистические боли, покалывания и зуд на месте ампутированных конечностей, что может быть объяснено голографической памятью конечности, записанной в интерференционной картине мозга.
Экспериментальная проверка топографического мозга
Параллели между работой мозга и голограммами захватили Прибрама, но он понимал, что его теория ничего не значит без солидной экспериментальной проверки. Одним из исследователей, проведших такую проверку, был биолог Пол Питш из Индианского университета. Интересно, что Питш сначала был ярым противником теории Прибрама. В частности, он очень скептически относился к заявлению Прибрама о том, что память не локализована в мозгу.
Чтобы доказать ошибочность воззрений Прибрама, Питш придумал ряд экспериментов, причем в качестве подопытных он выбрал саламандр. В ранних экспериментах он обнаружил, что удаление мозга не убивает саламандру, а только приводит ее в состояние ступора. Как только мозг возвращается к ней, ее поведение полностью восстанавливается.
Питш рассуждал так: если поведение саламандры в процессе питания не обусловлено локализацией соответствующих функций в мозге, то неважно, каким образом мозг располагается у нее в голове. Если же все зависит именно от их локализации, то теория Прибрама опровергнута. Для этого он поменял местами левое и правое полушария мозга саламандры, но к своему разочарованию обнаружил, что саламандра быстро освоила нормальное кормление.
Он взял другую саламандру и поменял местами верхнюю и нижнюю части мозга. Однако вскоре она также стала есть нормально. Обескураженный этим результатом, экспериментатор решился на более радикальные операции. В серии, состоящей из 100 операций, он разрезал мозг на кусочки, переставляя их, и даже удалил жизненно важные участки мозга, но во всех случаях оставшейся ткани мозга хватало для того, чтобы поведение саламандры возвращалось к исходному, нормальному состоянию.
Эти и другие результаты превратили Питша в приверженца теории Прибрама и настолько привлекли внимание к его исследованиям, что о них рассказало телевидение в популярной программе «60 минут». Он детально описывает эти эксперименты в своей провидческой книге «Перестановки мозга» («Shufflebrain»).
Математический язык голограммы
Хотя теории, предсказавшие появление голограммы, в 1977 г. впервые сформулировал Денис Габор (впоследствии Нобелевский лауреат), в конце 1960-х и начале 1970-х годов теория Прибрама получила еще более убедительное экспериментальное подтверждение. Когда Габор впервые пришел к идее голографии, он не думал о лазерах. Его целью было улучшить электронный микроскоп, на то время довольно простое и несовершенное устройство. Он использовал исключительно математический подход, основанный на исчислении, изобретенном в XVIII веке французским математиком Жаном Фурье.
Грубо говоря, Фурье разработал математический метод перевода паттерна любой сложности на язык простых волн. Он также показал, как эти волновые формы могут быть преобразованы в первоначальный паттерн. Другими словами, подобно тому, как телевизионная камера переводит визуальный образ в электромагнитные частоты, а телевизор восстанавливает по ним первоначальный образ, математический аппарат, разработанный Фурье, преобразует паттерны. Уравнения, используемые для перевода образов в волновую форму и обратно, известны как преобразования Фурье. Именно они позволили Габору перевести изображение объекта в интерференционное «пятно» на голографической пленке, а также изобрести способ обратного преобразования интерференционных паттернов в первоначальное изображение.
Действительно, особое свойство каждой части голограммы отражать целое обусловлено частностями математического преобразования картины, или паттерна, на язык волновых форм.
На протяжении 1960-х и в начале 1970-х годов различные исследователи заявляли о том, что визуальная система работает как своего рода анализатор частот. Поскольку частота является величиной, измеряющей число колебаний волны в секунду, результаты экспериментов свидетельствовали: мозг может функционировать как голограмма.
Однако только в 1979 году нейрофизиологи из Беркли – Рассел и Карен Девалуа – сделали решающее открытие. Исследования, проведенные в 1960-х годах, показали, что каждая клетка коры головного мозга, непосредственно связанная со зрением, настроена на определенный паттерн: некоторые клетки активизируются, когда глаз видит горизонтальную линию, другие – когда глаз воспринимает вертикальную линию и т. п. В итоге многие исследователи заключили, что мозг принимает сигналы от высокоспециализированных клеток, называемых детекторами свойств, и каким-то образом соединяет их для получения визуальной картины мира.
Несмотря на широкую популярность такой точки зрения, Девалуа почувствовали, что это лишь часть правды. Для проверки своего предположения они применили преобразования Фурье для представления черно-белых клеток в простые волновые формы. Затем они провели эксперименты для выяснения того, как клетки мозга в зрительной части коры головного мозга реагируют на эти новые волновые формы. Они обнаружили, что клетки мозга реагировали не на первоначальные образы, а на то, какой вид им придавали преобразования Фурье. Из этого следовал только один вывод: мозг использовал математический метод Фурье – тот же метод, что используется в голографии, а именно, преобразование видимых образов в волновые формы.
Открытие Девалуа было впоследствии подтверждено во многих лабораториях мира, и хотя из него не следовало неопровержимых доказательств голографичности мозга, все же оно предоставило достаточно доказательств справедливости теории Прибрама.
Воодушевленный идеей о том, что зрительная часть коры головного мозга реагировала не на паттерны, а на частоты различных волновых форм, Прибрам занялся переоценкой роли, которую частота играла и для других органов чувств.
Вскоре он понял, что важность этой роли была недооценена учеными двадцатого века. За сто лет до открытия Девалуа немецкий физиолог и физик Герман фон Гельмгольц показал, что ухо является анализатором частот. Более поздние исследования обнаружили, что наш орган обоняния также, по-видимому, основывается на так называемых осмических частотах.
Работы Бекеши наглядно продемонстрировали то, что наша кожа чувствительна к вибрационным частотам; более того, он даже представил некоторые данные, свидетельствующие об использовании частотного анализа органом вкуса. Интересно, что Бекеши пришел к тем же математическим преобразованиям Фурье и уравнениям, позволившим ему предсказать реакцию подопытных на различные вибрационные частоты.
Танец как волновая форма
Но, наверное, самой поразительной находкой Прибрама были работы русского ученого Николая Бернштейна, из которых следовало, что даже наши физические движения могут быть закодированы в мозгу в виде волновых форм Фурье. В 1930-х годах Бернштейн облачил участников затеянного им эксперимента в черные костюмы и нарисовал белые точки на их локтях, коленях и других суставах. Затем он расположил участников на черном фоне и произвел киносъемку различных движений, как-то: танцы, ходьбу, прыжки, удары молотом и печатание на машинке. Когда он проявил пленку, на экране появились только белые точки, двигающиеся вверх и вниз по достаточно сложным траекториям (см. рис. 6).
Чтобы зафиксировать и обработать различные линии, вычерчиваемые точками, Бернштейн применил метод Фурье, преобразовав их в волновые формы. К своему удивлению он обнаружил, что волновые формы содержат скрытые паттерны, позволяющие предсказать следующее движение с точностью до нескольких миллиметров.
Когда Прибрам ознакомился с работой Бернштейна, он сразу оценил ее значимость. Возможно, причина того, что при анализе движений танцоров возникали скрытые паттерны, объясняется тем, что так же работал и мозг. Это было прекрасным подтверждением теории Прибрама. Действительно, если мозг анализирует движения, разбивая их на частотные составляющие, то становится ясным, почему скорость обучения различным задачам различна.
Например, мы учимся ездить на велосипеде не путем запоминания каждой детали этого процесса. Напротив, мы схватываем движение целиком, в его динамике. Трудно объяснить эту динамическую полноту, присутствующую во многих задачах нашего физического существования, если допустить, что наш мозг запоминает информацию по крохам. Нам гораздо легче понять скорость обучения в том случае, если мозг использует анализ Фурье при выполнении задач и воспринимает их целиком.
Реакция научного сообщества
Несмотря на полученные результаты, подтверждавшие голографическую модель Прибрама, она по-прежнему оставалась спорной. Дело в том, что существует множество теорий относительно того, как работает мозг, и все они, в той или иной степени, находят подтверждения. Некоторые исследователи считают, что распределенный характер памяти можно объяснить приходящими и отходящими потоками различных химических соединений мозга. Другие придерживаются мнения, что память и обучение обусловлены электрическими флуктуациями между большими группами нейронов. Каждая научная школа имеет своих ярых сторонников, и, вероятно, здесь уместно будет напомнить, что для большинства ученых аргументы Прибрама по сей день остаются неубедительными.
Например, нейрофизиолог Фрэнк Вуд из медицинского института Баумана Грея (Уинстон-Сейлем, Северная Каролина) полагает, что «имеется весьма мало экспериментальных фактов, для толкования которых никак не обойтись без голографической теории». Чтобы не оставаться голословным, Прибрам предлагает в качестве контраргумента книгу, содержащую около 500 ссылок, которые подтверждают его теорию.
Прибрам не одинок в своих построениях и аргументах. Д-р Ларри Досси, бывший директор городской больницы в Далласе, признает, что теория Прибрама противоречит многим устоявшимся воззрениям относительно работы мозга, но отмечает при этом, что «многие специалисты в области физиологии мозга заинтригованы этой идеей, поскольку существующие на сегодня теории деятельности мозга могут служить лишь очень условным объяснением его поразительных функциональных возможностей» .
Мнение Досси разделяет невролог Ричард Рестак, автор телесериала Пи-Би-Эс «Мозг». Он отмечает, что, несмотря на исчерпывающие доказательства того, что способности человека распределены холистически по всему мозгу, большинство исследователей продолжают придерживаться концепции локального характера функций мозга, распределенных подобно городам на географической карте. Рестак считает, что такие взгляды являются не только «сверхупрощенными», но и действуют по сути как «смирительная рубашка для других концепций, признающих более сложный характер мозга».
Он полагает, что «голограмма не только возможное, но и наилучшее в настоящий момент объяснение работы мозга» .
Прибрам встречает Болла
К 1970 году у Прибрама было накоплено достаточно доказательств, подтверждающих правоту его теории. Кроме того, он стал проверять свои идеи в лаборатории и обнаружил, что одиночные нейроны области мозга, отвечающей за моторику, реагируют селективно на частоты – открытие, которое в дальнейшем еще более подкрепит его выводы. Но прежде всего следовало ответить на вопрос: если картина реальности в мозгу совсем не картина, а голограмма, то голограмма чего?
Представьте себе, что вы делаете снимок группы людей, сидящих за столом, а затем, проявив снимок, обнаруживаете, что вместо людей на нем только расплывчатые интерференционные картинки, расположенные вокруг стола. В обоих случаях уместно спросить: где же настоящая реальность – кажущийся объективный мир, воспринятый наблюдателем/фотографом, или пятно интерференционных картинок, записанное камерой/мозгом?
Прибрам понимал, что если его голографическую модель мозга довести до логического конца, откроется вероятность того, что объективный мир – мир кофейных чашек, горных пейзажей, деревьев и настольных ламп – вовсе не существует, или, по крайней мере, не существует в том виде, в котором мы его наблюдаем. Стало быть, древние мистики были правы, утверждая, что реальность – это «майя», иллюзия, а внешний мир на самом деле – бесконечная звучащая симфония волновых форм, «частотная область», трансформированная в мир и познанная нами только после прохождения через наши чувства?
Сознавая, что решение, которое он ищет, может находиться вне поля его деятельности, он обратился к сыну-физику за советом. Сын порекомендовал посмотреть работу физика по имени Дэвид Бом. Ознакомившись с этой работой, Прибрам был поражен. Он не только нашел ответ на мучивший его вопрос, но и понял, что, согласно Бому, вся вселенная представляет собой одну большую голограмму!..
Для такой уверенности были свои основания. Исследования, проведенные в 1920-е годы канадским нейрохирургом Уайлдером Пенфилдом, убедительно показали, что у специфической памяти действительно имеется конкретная локализация в головном мозге. Одним из самых необычных свойств мозга оказалась его нечувствительность к боли. Местная анестезия кожи головы и костных тканей черепа позволяла оперировать мозг человека, остававшегося при полном сознании.
Пенфилд использовал этот факт при проведении ряда экспериментов. Оперируя на мозге эпилептиков, он стимулировал электрическим током те или иные его участки и к своему изумлению обнаружил, что стимулирование височных долей мозга, как правило, приводит к тому, что оперируемый начинает вспоминать прошлые события во всех мельчайших подробностях. Один человек вдруг услышал давнюю свою беседу с друзьями из Южной Африки; мальчик вспомнил свой разговор с матерью по телефону и после нескольких прикосновений электрода был в состоянии повторить слово в слово каждую реплику; женщина вдруг обнаружила, что она у себя в кухне и слышит все, что делает ее ребенок в другой комнате. Даже когда Пенфилд делал вид, что стимулирует другую область мозга, обмануть пациентов не удавалось: касание к одной и той же точке неизменно вызывало одни и те же воспоминания.
В книге «Загадка сознания», опубликованной в 1975 году, незадолго до его смерти, Пенфилд писал: «Мне стало ясно, что это не какие-то фантазии на манер сновидений. Я вызывал электрическую активацию записей прошлого опыта пациентов. Пациенты заново переживали свой опыт, словно он был заснят на кинопленке».
На основании своих исследований Пенфилд заключил, что все, что мы когда-либо испытывали в жизни, записывается мозгом, будь то незнакомое лицо в толпе или паутинка, за которой мы наблюдали в детстве. Он указал, что это объясняет преобладание в его экспериментах огромного количества второстепенных бытовых деталей, зафиксированных памятью. Если наша память – полная запись даже самых незначительных ежедневных событий, вполне логично предположить, что при непроизвольном погружении в такой объем информации активизируется большое количество тривиальных данных.
Вначале молодой нейрохирург Прибрам принимал на веру Пенфилдову теорию энграм. Но затем произошло нечто, в корне изменившее его взгляды. В 1946 г. он начал работать с выдающимся нейропсихологом Карлом Лэшли из Йеркешской лаборатории высших приматов в Ориндж-Парк, штат Флорида. В распоряжении Прибрама оказался огромный опыт, накопленный Лэшли в течение тридцати лет исследований загадочного механизма памяти, и оказалось, что эксперименты Лэшли ставят под сомнение само существование энграм заодно со всеми выводами Пенфилда.
Лэшли занимался тем, что обучал крыс выполнять серию задач – например, выискивать наперегонки кратчайший путь в лабиринте. Затем он удалял различные участки мозга крыс и заново подвергал их испытанию. Его целью было локализовать и удалить тот участок мозга, в котором хранилась память о способности бежать по лабиринту. К своему удивлению он обнаружил, что вне зависимости от того, какие участки мозга были удалены, память в целом нельзя было устранить. Обычно лишь была нарушена моторика крыс, так что они едва ковыляли по лабиринту, но даже при удалении значительной части мозга их память оставалась нетронутой.
Для Прибрама это были исключительно важные открытия. Если бы память хранилась в определенных участках мозга, подобно тому как книги располагаются в определенных местах на полках, то почему хирургическое вмешательство не влияло на память? В понимании Прибрама единственным ответом могло быть то, что конкретная память не локализуется в определенных участках мозга, а каким-то образом распределена (distributed) по всему мозгу, как единое целое. Проблема состояла в том, что Прибрам не знал, какой механизм или процесс может дать удовлетворительное обоснование этой гипотезе.
Еще более обескуражен экспериментами был сам Лэшли. Позже он писал: «Когда я пытался выявить локализацию памяти, мне порой начинало казаться, что в принципе невозможно вообще никакое обучение. И однако, несмотря на отрицательные результаты эксперимента, оно происходит». В 1948 году Прибраму предложили должность в Йейльском университете, и перед тем, как туда перебраться, он помог Лэшли описать его монументальные тридцатилетние эксперименты.
Прорыв
В Йейльском университете Прибрам продолжал обдумывать свою гипотезу о том, что память, судя по всему, распределена в мозговой ткани, и чем больше он думал, тем более гипотеза казалась убедительной. Все пациенты, у которых мозг был частично удален по медицинским показаниям, никогда не жаловались на потерю конкретной памяти. Удаление значительной части мозга может привести к тому, что память пациента станет расплывчатой, но никто еще не терял после операции избирательную, так называемую селективную память. Например, люди, получившие травму головы в автомобильных катастрофах, всегда помнили всех членов своей семьи или прочитанный ранее роман. Даже удаление височных долей – той области мозга, которую Пенфилд подверг особенно пристальному изучению, – не приводило к каким-либо провалам в памяти пациента.
Идеи Прибрама получили дальнейшее подтверждение в экспериментах, проведенных им самим и другими исследователями на пациентах, не относящихся к эпилептикам. В результате этих экспериментов не удалось подтвердить выводы Пенфилда об избирательной стимуляции памяти. Сам Пенфилд не смог повторить свои результаты на пациентах, не страдающих эпилепсией.
Несмотря на все большую для Прибрама очевидность распределенного характера памяти, он пока еще не мог понять, как мозгу удается справляться с этой поистине магической задачей. И вот в середине 1960-х годов Прибрам прочел в журнале «Scientific American» статью, где описывались первые опыты построения голограммы. Статья поразила его как гром среди бела дня. Открытие принципа голограммы не только было революционным само по себе: оно сулило решение той головоломки, с которой Прибрам столько лет безуспешно боролся.
Чтобы понять все его волнение, познакомимся немного ближе с тем, что такое голограмма. Одно из явлений, лежащих в основе голограммы, – это интерференция, то есть паттерн, возникающий в результате наложения двух или более волн (например, на поверхности воды). Если, например, бросить в пруд камешек, это произведет серию концентрических, расходящихся волн. Если же бросить два камешка, мы увидим соответственно два ряда волн, которые, расходясь, налагаются друг на друга. Возникающая при этом сложная конфигурация из пересекающихся вершин и впадин известна как интерференционная картина.
Такую картину может создавать любое волновое явление, включая свет и радиоволны. Особенно эффективен в данном случае лазерный луч, поскольку он является исключительно чистым, когерентным источником света. Лазерный луч создает, так сказать, совершенный камешек и совершенный пруд. Поэтому лишь с изобретением лазера открылась возможность получать искусственные голограммы.
Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта, после чего второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционное изображение, которое затем записывается на пленку (см. рис. 1).
Рис. 1
Для невооруженного глаза картинка, получаемая на пленке, совершенно не похожа на фотографируемый объект. Отдаленно она напоминает концентрические круги, получаемые после броска в воду целой горсти камешков (см. рис. 2).
Рис. 2. Фрагмент голографической пленки, содержащий записанное изображение. Для невооруженного глаза изображение на пленке совершенно не похоже на сфотографированный объект и состоит из неправильных кругов, дающих при наложении то, что известно как интерференционная картина. Однако при освещении пленки другим лазером возникает трехмерное изображение первоначального объекта.
Но как только луч другого лазера (или, в некоторых случаях, просто направленный яркий свет) попадает на пленку, возникает трехмерное изображение первоначального объекта. Трехмерность изображения таких объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух и вы ничего не обнаружите (см. рис. 3).
Рис. 3. Трехмерность изображения записанных на голограмме объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух, и вы ничего не обнаружите.
[«Celeste Undressed». Голографическая стереограмма, полученная Петером Клодиусом (1978).
Фотография Брэда Кантоса из коллекции Музея Голографии. Приводится с разрешения авторов]
Трехмерность – не единственное замечательное свойство голограммы. Если часть голографической пленки, содержащей, например, изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (хотя изображения будут ухудшаться по мере уменьшения кусочков). В отличие от обычных фотографий, каждая небольшая частичка голографической пленки содержит всю информацию целого (см. рис. 4)
Рис. 4
Именно это обнаружившееся в голограмме свойство и взволновало Прибрама: он понял, что память как одна из центральных функций мозга имеет распределенный, а не локализованный характер. Если каждый кусочек голографической пленки может содержать информацию, по которой создается целое изображение, то совершенно аналогично каждая часть мозга может содержать информацию, восстанавливающую память как целое.
Зрение также голографично
Память – не единственная функция мозга, в основе которой лежит голографический принцип. Еще одно открытие Лэшли заключалось в том, что зрительные центры мозга обнаруживают удивительную сопротивляемость хирургическому вмешательству. Даже после удаления у крыс 90% зрительного отдела коры головного мозга (часть мозга, которая принимает и обрабатывает видимое глазом) они были в состоянии выполнять задачи, требующие сложных зрительных операций.
Аналогичные исследования, проведенные Прибрамом, показали, что 98% оптических нервов у кошек могут быть удалены без серьезного нарушения их способности выполнять сложные зрительные задачи. Это можно сравнить с ситуацией, когда зрители в кинотеатре смотрят кинофильм на экране, 90% площади которого удалено.
Таким образом, проведенные Прибрамом эксперименты еще раз подвергли сомнению общепринятую концепцию зрительного восприятия, основанную на взаимно-однозначном соответствии между видимым образом и тем, как он представлен в мозгу. Другими словами, считалось, что, когда мы смотрим на квадрат, электрическая активность зрительной области коры головного мозга также принимает форму квадрата (см. рис. 5).
Рис. 5. Исследователи, занимающиеся теорией зрения, ранее считали, что существует взаимно-однозначное соответствие между видимым образом и тем, как он представлен в мозгу Прибрам обнаружил, что это не так.
Хотя, казалось, открытие Лэшли нанесло смертельный удар общепринятой теории восприятия, Прибрам не был удовлетворен. Работая в Йейльском университете, он поставил ряд экспериментов по выяснению этого вопроса и в течение семи лет тщательно измерял электрическую активность мозга у обезьян во время выполнения ими различных зрительных задач. Он не только не обнаружил взаимного соответствия между предметом и его изображением в мозгу, но даже не выявил никакой системы в активизации электродов. О своих наблюдениях он писал: «Полученные экспериментальные результаты не согласуются с положением, согласно которому предмет проецируется на поверхность коры головного мозга подобно фотографии».
Нечувствительность, которую, как оказалось, проявляет зрительная область мозга к хирургическому вмешательству, означала, что зрение, как и память, имеет распределенный характер. Ознакомившись с теорией голографии, Прибрам начал рассматривать ее как возможное объяснение работы мозга. Природа голограммы как «целого, заключенного в части» вполне могла объяснить, почему удаление большой части коры головного мозга не нарушает способность мозга выполнять зрительные задачи. Если мозг обрабатывает изображения с помощью некоторой внутренней голограммы, даже небольшая часть этой голограммы могла бы восстановить увиденную ранее целую картину. Эта теория также объясняла отсутствие взаимного соответствия между внешним миром и электрической активностью мозга. Действительно, если мозг использует голографический принцип для обработки зрительной информации, взаимное соответствие между изображением и электрической активностью должно быть не больше, чем соответствие между отвлеченной интерференционной картиной на фрагменте голографической пленки и самим закодированным на пленке изображением.
Однако оставалось непонятным, какие волновые явления в мозгу способны создавать такие внутренние голограммы. Как только Прибрам сформулировал для себя этот вопрос, он тотчас же начал искать возможный ответ. К тому времени было известно, что в электрическом взаимодействии между нервными клетками мозга, или нейронами, с необходимостью принимает участие прочая мозговая ткань. Нейроны имеют древовидные разветвления, и когда электрический сигнал достигает конца одного такого разветвления, он распространяется далее в виде волн, точно таких, какие мы наблюдаем на поверхности воды. Поскольку нейроны тесно прилегают друг к другу, расходящиеся электрические волны постоянно налагаются друг на друга.
Когда Прибрам увидел это своим мысленным взором, ему стало ясно, что волны могут создавать бесконечный калейдоскопичный ряд интерференционных картин, в которых и коренится адаптированность мозга к принципу голографии. «Голографический принцип неизменно фигурирует в волновой природе взаимодействия нервных клеток мозга, – пишет Прибрам. – Мы просто не могли себе этого представить».
Топографическая модель мозга – ключ ко многим загадкам
Прибрам опубликовал свою первую статью о предполагаемой голографической природе мозга в 1966 году и в течение последующих нескольких лет продолжал развивать и уточнять свою теорию. По мере того как с ней знакомились другие исследователи, становилось все более ясно, что распределенный характер памяти и зрения – не единственная нейрофизиологическая загадка, которую можно разгадать с помощью голографической модели.
Колоссальная вместимость памяти
Среди прочего голография дает объяснение тому, каким образом мозг умудряется хранить столько информации в столь небольшом пространстве. Гениальный физик и математик, уроженец Венгрии, Джон фон Нейман однажды рассчитал, что в среднем в течение человеческой жизни мозг накапливает порядка 2,8^1020 бит информации (280 000 000 000 000 000 000). Такое невообразимое количество информации никак не согласуется с традиционной картиной механизма хранения памяти.
В этом смысле показательно, что именно голограммы обладают фантастической способностью к хранению информации. Изменяя угол, под которым два лазера облучают кусочек фотопленки, оказывается возможным записать множество изображений на одной и той же поверхности. Любое записанное таким образом изображение может быть восстановлено простым освещением пленки лазером, направленным под тем же углом, под которым находились первоначально два луча. Используя этот метод, исследователи рассчитали, что на одном квадратном сантиметре пленки можно разместить столько же информации, сколько содержится в десяти Библиях!
Способность забывать и вспоминать
Фрагменты голографической пленки, содержащие множественные изображения, наподобие тех, которые были описаны выше, дают также ключ к пониманию нашей способности забывать и вспоминать. Если такой кусочек пленки перемещать под лучом лазера, на нем в непрерывной последовательности будут появляться и исчезать записанные образы. Предполагается, что наша способность вспоминать есть не что иное, как освещение лазерным лучом фрагмента пленки для активизации определенного образа. То есть когда мы не можем вспомнить некий образ, это означает, что, посылая, так сказать, луч на пленку, мы не можем найти правильный угол, под которым этот образ вызывается в памяти.
Ассоциативная память
Марсель Пруст в романе «В сторону Свана» описывает, как всего один глоток чая и кусочек пирожного вдруг погрузили рассказчика в целую анфиладу воспоминаний. Сначала он сбит с толку, но затем, после некоторого усилия, начинает постепенно вспоминать картины прошлого, начиная с той, где его, маленького мальчика, угощали чаем с таким же пирожным. Все мы сталкивались с подобным опытом – вкус определенной пищи или вид давно забытых предметов вдруг пробуждают в нас образы из далекого прошлого.
Из голографической модели следует дальнейшая аналогия с ассоциативной памятью. Это можно проиллюстрировать еще одним способом голографической записи. Сначала свет одного лазерного луча отражается одновременно от двух объектов, скажем, от кресла и курительной трубки. Затем происходит наложение отраженных световых потоков от двух объектов, и результирующая интерференционная картина записывается на пленку. Если теперь осветить кресло лазерным лучом и пропустить отраженный свет через пленку, на ней появится трехмерное изображение трубки. И наоборот, если то же самое проделать с трубкой, появляется голограмма кресла. Поэтому, если наш мозг действует голографически, подобный процесс может прояснить, почему некоторые объекты вызывают у нас специфические воспоминания.
Способность моментально узнавать знакомые предметы
На первый взгляд наша способность узнавать знакомые предметы не кажется такой уж необычной, однако исследователи мозга давно считают ее весьма сложной. Например, моментальное узнавание знакомого лица в толпе из нескольких сотен основано не на каких-либо индивидуальных талантах, а на чрезвычайно быстрой и надежной обработке информации мозгом.
В опубликованной в 1970 году статье в британском научном журнале «Nature» физик Петер Ван Хеерден предположил, что в основе этой способности лежит особый тип голографии, известный как голографическое распознавание образов. В голографии распознавания образ предмета записывается обычным способом, за исключением того, что луч лазера отражается от специального устройства, известного как фокусирующее зеркало, прежде чем попадет на неэкспонированную пленку. Если второй предмет, подобный, но не идентичный первому, осветить лазерным лучом и отраженный от зеркала луч направить на пленку, на пленке появится яркое световое пятно. Чем ярче и четче световое пятно, тем ближе подобие между первым и вторым предметом. Если два объекта совершенно не похожи друг на друга, световое пятно не появится. Разместив светочувствительный элемент за голографической пленкой, мы получим систему распознавания образов.
Метод, аналогичный вышеописанному и известный как интерференционная голография, может объяснить механизм распознавания знакомых и незнакомых черт, например, лица человека, которого мы не видели много лет. Этот метод заключается в том, что объект рассматривается через голографическую пленку, содержащую его образ. При этом любая черта объекта, изменившаяся по сравнению с первоначально записанным изображением, будет по-иному отражать свет. Для человека, смотрящего через пленку, сразу становится ясным, что изменилось и что сохранилось в объекте. Этот метод настолько точный, что позволяет регистрировать изменения, происходящие при нажатии пальцем на гранитную плиту, нашел впоследствии практическое применение в области материаловедения.
Фотографическая память
В 1972 году сотрудники Гарвардского университета Дэниел Поллен и Майкл Трактенберг, специализирующиеся на исследованиях зрительного восприятия, выдвинули гипотезу, согласно которой голографическая теория мозга может объяснить существование у некоторых людей фотографической памяти (известной также как «эйдетическая»). Ее обладателю обычно требуется всего несколько мгновений для сканирования сцены, которую он желает запомнить. Если он хочет воссоздать запечатленную в памяти ситуацию, он «проецирует» ее ментальное изображение на экран перед открытыми или закрытыми глазами – экран реальный или воображаемый. Изучая некую Элизабет, профессора истории искусств Гарвардского университета, обладающую этими уникальными способностями, Поллен и Трактенберг обнаружили, что при чтении ментально проецируемого образа страницы из гетевского «Фауста» ее глаза двигались так, будто она читала настоящую страницу.
Заметив, что при уменьшении фрагмента голографической пленки записанный на нем образ не становится более расплывчатым, Поллен и Трактенберг предположили, что некоторые люди имеют особо рельефную память благодаря доступу к очень большим областям их голографической памяти. С другой стороны, большинство из нас, по-видимому, обладает гораздо менее рельефной памятью из-за ограниченного доступа к участкам голографической памяти.
Передача навыков
Прибрам уверен в том, что голографическая модель также проливает свет на нашу способность передавать навыки от одной части тела к другой. Отложите на минуту книгу, которую вы сейчас читаете, и попробуйте выписать свое имя в воздухе с помощью левого локтя. Вы, наверное, обнаружите, что это довольно просто сделать, хотя, скорее всего, вы этим никогда раньше не занимались. Для классической науки такая способность загадочна, так как считается, что различные области мозга (например, та часть, которая управляет движениями локтя) «жестко программируемы», то есть способны выполнять задачи только после того, как повторное обучение вызовет соответствующие соединения нервных клеток мозга.
Прибрам замечает, что эту проблему можно разрешить, если допустить, что мозг преобразовывает все содержимое памяти, включая такие навыки, как письмо, в язык интерференционных волновых форм. Такой мозг был бы гораздо более оперативным и мог бы переносить записанную информацию из одного места в другое подобно тому, как из одной тональности в другую транспонирует мелодию умелый пианист.
Тот же механизм мог бы объяснить, каким образом мы узнаем знакомое лицо, независимо от того, под каким углом мы видим его. То есть как только мозг запомнил лицо (или любой другой объект) и преобразовал его в язык волновых форм, он может буквально перевернуть эту внутреннюю голограмму для того, чтобы изучить ее под желаемым углом.
Фантомные боли, или как мы контролируем внешний мир
Большинству из нас ясно, что чувство любви, голода, ярости и т.п. – это внутренняя реальность, в то время как звуки, солнечный свет, запах свежевыпеченного хлеба и т.п. – это реальность внешняя. И все же нет полной ясности в том, как мозгу удается проводить различие между внутренним и внешним.
Например, Прибрам отмечает, что когда мы смотрим на человека, его образ в действительности находится на поверхности сетчатки нашего глаза. Однако мы не воспринимаем человека как образ на сетчатке. Мы воспринимаем его как некий «внешний» образ. Сходным образом, когда, скажем, ушиблен палец, мы испытываем в нем боль. Но боль на самом деле не в пальце. Фактически она представляет собою некий нейрофизиологический процесс, протекающий где-то в нашем мозгу. Каким образом наш мозг умудряется обрабатывать все множество нейрофизиологических процессов, проявляющихся в виде опыта и протекающих внутри мозга, создавая при этом впечатление, что часть из них – внутренние, а часть – внешние объекты, выходящие за пределы нашего «серого вещества»?
Способность создавать иллюзию того, что вещи находятся там, где их нет, и есть главное свойство голограммы. Голограмма имеет видимую пространственную протяженность, но если провести рукой сквозь нее, вы ничего не обнаружите. Несмотря на свидетельство ваших органов чувств, никакой прибор не обнаружит присутствия энергетической аномалии или материи на месте голограммы.
Это происходит потому, что голограмма – это виртуальный образ – образ, возникающий там, где его нет, и обладающий не большей глубиной, чем ваше «трехмерное» отражение в зеркале. Подобно тому как образ в зеркале расположен на плоскости амальгамы, фактическое нахождение голограммы всегда будет на фотоэмульсии, расположенной на поверхности записывающей пленки.
Доказательство того, что мозг способен создавать иллюзию протекания внутренних процессов вне тела, в дальнейшем было получено Георгом фон Бекеши, нобелевским лауреатом в области физиологии. В ряде экспериментов, проведенных в конце 60-х годов со слепыми перципиентами, Бекеши располагал вибраторы у них на коленях, затем изменял уровень вибраций. С помощью такого метода ему удалось сделать так, что источник вибраций «перепрыгивал» с одного колена на другое. Более того, он обнаружил, что может вызвать у своих подопытных ощущение вибрации в пространстве между коленями. Другими словами, он показал, что люди способны ощущать предметы в пространстве, не имея для этого сенсорных рецепторов.
По мнению Прибрама, работа Бекеши согласуется с голографической моделью и проливает дополнительный свет на то, как интерферирующие волновые фронты – или, в случае Бекеши, интерферирующие источники механической вибрации – помогают мозгу локализовать свое восприятие вне физических границ тела. Он полагает, что этот процесс может также объяснить фантомные боли, то есть ощущение присутствия ампутированной руки или ноги у некоторых людей. Эти люди часто отмечают странные, вполне реалистические боли, покалывания и зуд на месте ампутированных конечностей, что может быть объяснено голографической памятью конечности, записанной в интерференционной картине мозга.
Экспериментальная проверка топографического мозга
Параллели между работой мозга и голограммами захватили Прибрама, но он понимал, что его теория ничего не значит без солидной экспериментальной проверки. Одним из исследователей, проведших такую проверку, был биолог Пол Питш из Индианского университета. Интересно, что Питш сначала был ярым противником теории Прибрама. В частности, он очень скептически относился к заявлению Прибрама о том, что память не локализована в мозгу.
Чтобы доказать ошибочность воззрений Прибрама, Питш придумал ряд экспериментов, причем в качестве подопытных он выбрал саламандр. В ранних экспериментах он обнаружил, что удаление мозга не убивает саламандру, а только приводит ее в состояние ступора. Как только мозг возвращается к ней, ее поведение полностью восстанавливается.
Питш рассуждал так: если поведение саламандры в процессе питания не обусловлено локализацией соответствующих функций в мозге, то неважно, каким образом мозг располагается у нее в голове. Если же все зависит именно от их локализации, то теория Прибрама опровергнута. Для этого он поменял местами левое и правое полушария мозга саламандры, но к своему разочарованию обнаружил, что саламандра быстро освоила нормальное кормление.
Он взял другую саламандру и поменял местами верхнюю и нижнюю части мозга. Однако вскоре она также стала есть нормально. Обескураженный этим результатом, экспериментатор решился на более радикальные операции. В серии, состоящей из 100 операций, он разрезал мозг на кусочки, переставляя их, и даже удалил жизненно важные участки мозга, но во всех случаях оставшейся ткани мозга хватало для того, чтобы поведение саламандры возвращалось к исходному, нормальному состоянию.
Эти и другие результаты превратили Питша в приверженца теории Прибрама и настолько привлекли внимание к его исследованиям, что о них рассказало телевидение в популярной программе «60 минут». Он детально описывает эти эксперименты в своей провидческой книге «Перестановки мозга» («Shufflebrain»).
Математический язык голограммы
Хотя теории, предсказавшие появление голограммы, в 1977 г. впервые сформулировал Денис Габор (впоследствии Нобелевский лауреат), в конце 1960-х и начале 1970-х годов теория Прибрама получила еще более убедительное экспериментальное подтверждение. Когда Габор впервые пришел к идее голографии, он не думал о лазерах. Его целью было улучшить электронный микроскоп, на то время довольно простое и несовершенное устройство. Он использовал исключительно математический подход, основанный на исчислении, изобретенном в XVIII веке французским математиком Жаном Фурье.
Грубо говоря, Фурье разработал математический метод перевода паттерна любой сложности на язык простых волн. Он также показал, как эти волновые формы могут быть преобразованы в первоначальный паттерн. Другими словами, подобно тому, как телевизионная камера переводит визуальный образ в электромагнитные частоты, а телевизор восстанавливает по ним первоначальный образ, математический аппарат, разработанный Фурье, преобразует паттерны. Уравнения, используемые для перевода образов в волновую форму и обратно, известны как преобразования Фурье. Именно они позволили Габору перевести изображение объекта в интерференционное «пятно» на голографической пленке, а также изобрести способ обратного преобразования интерференционных паттернов в первоначальное изображение.
Действительно, особое свойство каждой части голограммы отражать целое обусловлено частностями математического преобразования картины, или паттерна, на язык волновых форм.
На протяжении 1960-х и в начале 1970-х годов различные исследователи заявляли о том, что визуальная система работает как своего рода анализатор частот. Поскольку частота является величиной, измеряющей число колебаний волны в секунду, результаты экспериментов свидетельствовали: мозг может функционировать как голограмма.
Однако только в 1979 году нейрофизиологи из Беркли – Рассел и Карен Девалуа – сделали решающее открытие. Исследования, проведенные в 1960-х годах, показали, что каждая клетка коры головного мозга, непосредственно связанная со зрением, настроена на определенный паттерн: некоторые клетки активизируются, когда глаз видит горизонтальную линию, другие – когда глаз воспринимает вертикальную линию и т. п. В итоге многие исследователи заключили, что мозг принимает сигналы от высокоспециализированных клеток, называемых детекторами свойств, и каким-то образом соединяет их для получения визуальной картины мира.
Несмотря на широкую популярность такой точки зрения, Девалуа почувствовали, что это лишь часть правды. Для проверки своего предположения они применили преобразования Фурье для представления черно-белых клеток в простые волновые формы. Затем они провели эксперименты для выяснения того, как клетки мозга в зрительной части коры головного мозга реагируют на эти новые волновые формы. Они обнаружили, что клетки мозга реагировали не на первоначальные образы, а на то, какой вид им придавали преобразования Фурье. Из этого следовал только один вывод: мозг использовал математический метод Фурье – тот же метод, что используется в голографии, а именно, преобразование видимых образов в волновые формы.
Открытие Девалуа было впоследствии подтверждено во многих лабораториях мира, и хотя из него не следовало неопровержимых доказательств голографичности мозга, все же оно предоставило достаточно доказательств справедливости теории Прибрама.
Воодушевленный идеей о том, что зрительная часть коры головного мозга реагировала не на паттерны, а на частоты различных волновых форм, Прибрам занялся переоценкой роли, которую частота играла и для других органов чувств.
Вскоре он понял, что важность этой роли была недооценена учеными двадцатого века. За сто лет до открытия Девалуа немецкий физиолог и физик Герман фон Гельмгольц показал, что ухо является анализатором частот. Более поздние исследования обнаружили, что наш орган обоняния также, по-видимому, основывается на так называемых осмических частотах.
Работы Бекеши наглядно продемонстрировали то, что наша кожа чувствительна к вибрационным частотам; более того, он даже представил некоторые данные, свидетельствующие об использовании частотного анализа органом вкуса. Интересно, что Бекеши пришел к тем же математическим преобразованиям Фурье и уравнениям, позволившим ему предсказать реакцию подопытных на различные вибрационные частоты.
Танец как волновая форма
Но, наверное, самой поразительной находкой Прибрама были работы русского ученого Николая Бернштейна, из которых следовало, что даже наши физические движения могут быть закодированы в мозгу в виде волновых форм Фурье. В 1930-х годах Бернштейн облачил участников затеянного им эксперимента в черные костюмы и нарисовал белые точки на их локтях, коленях и других суставах. Затем он расположил участников на черном фоне и произвел киносъемку различных движений, как-то: танцы, ходьбу, прыжки, удары молотом и печатание на машинке. Когда он проявил пленку, на экране появились только белые точки, двигающиеся вверх и вниз по достаточно сложным траекториям (см. рис. 6).
Рис. 6. Русский исследователь Николай Бернштейн нарисовал белые точки на танцорах и снял их танец на черном фоне. Когда он преобразовал их движения в язык волновых форм, он обнаружил, что их можно анализировать методом Фурье – тем же методом, который использовал Габор для изобретения голограммы.
Чтобы зафиксировать и обработать различные линии, вычерчиваемые точками, Бернштейн применил метод Фурье, преобразовав их в волновые формы. К своему удивлению он обнаружил, что волновые формы содержат скрытые паттерны, позволяющие предсказать следующее движение с точностью до нескольких миллиметров.
Когда Прибрам ознакомился с работой Бернштейна, он сразу оценил ее значимость. Возможно, причина того, что при анализе движений танцоров возникали скрытые паттерны, объясняется тем, что так же работал и мозг. Это было прекрасным подтверждением теории Прибрама. Действительно, если мозг анализирует движения, разбивая их на частотные составляющие, то становится ясным, почему скорость обучения различным задачам различна.
Например, мы учимся ездить на велосипеде не путем запоминания каждой детали этого процесса. Напротив, мы схватываем движение целиком, в его динамике. Трудно объяснить эту динамическую полноту, присутствующую во многих задачах нашего физического существования, если допустить, что наш мозг запоминает информацию по крохам. Нам гораздо легче понять скорость обучения в том случае, если мозг использует анализ Фурье при выполнении задач и воспринимает их целиком.
Реакция научного сообщества
Несмотря на полученные результаты, подтверждавшие голографическую модель Прибрама, она по-прежнему оставалась спорной. Дело в том, что существует множество теорий относительно того, как работает мозг, и все они, в той или иной степени, находят подтверждения. Некоторые исследователи считают, что распределенный характер памяти можно объяснить приходящими и отходящими потоками различных химических соединений мозга. Другие придерживаются мнения, что память и обучение обусловлены электрическими флуктуациями между большими группами нейронов. Каждая научная школа имеет своих ярых сторонников, и, вероятно, здесь уместно будет напомнить, что для большинства ученых аргументы Прибрама по сей день остаются неубедительными.
Например, нейрофизиолог Фрэнк Вуд из медицинского института Баумана Грея (Уинстон-Сейлем, Северная Каролина) полагает, что «имеется весьма мало экспериментальных фактов, для толкования которых никак не обойтись без голографической теории». Чтобы не оставаться голословным, Прибрам предлагает в качестве контраргумента книгу, содержащую около 500 ссылок, которые подтверждают его теорию.
Прибрам не одинок в своих построениях и аргументах. Д-р Ларри Досси, бывший директор городской больницы в Далласе, признает, что теория Прибрама противоречит многим устоявшимся воззрениям относительно работы мозга, но отмечает при этом, что «многие специалисты в области физиологии мозга заинтригованы этой идеей, поскольку существующие на сегодня теории деятельности мозга могут служить лишь очень условным объяснением его поразительных функциональных возможностей» .
Мнение Досси разделяет невролог Ричард Рестак, автор телесериала Пи-Би-Эс «Мозг». Он отмечает, что, несмотря на исчерпывающие доказательства того, что способности человека распределены холистически по всему мозгу, большинство исследователей продолжают придерживаться концепции локального характера функций мозга, распределенных подобно городам на географической карте. Рестак считает, что такие взгляды являются не только «сверхупрощенными», но и действуют по сути как «смирительная рубашка для других концепций, признающих более сложный характер мозга».
Он полагает, что «голограмма не только возможное, но и наилучшее в настоящий момент объяснение работы мозга» .
Прибрам встречает Болла
К 1970 году у Прибрама было накоплено достаточно доказательств, подтверждающих правоту его теории. Кроме того, он стал проверять свои идеи в лаборатории и обнаружил, что одиночные нейроны области мозга, отвечающей за моторику, реагируют селективно на частоты – открытие, которое в дальнейшем еще более подкрепит его выводы. Но прежде всего следовало ответить на вопрос: если картина реальности в мозгу совсем не картина, а голограмма, то голограмма чего?
Представьте себе, что вы делаете снимок группы людей, сидящих за столом, а затем, проявив снимок, обнаруживаете, что вместо людей на нем только расплывчатые интерференционные картинки, расположенные вокруг стола. В обоих случаях уместно спросить: где же настоящая реальность – кажущийся объективный мир, воспринятый наблюдателем/фотографом, или пятно интерференционных картинок, записанное камерой/мозгом?
Прибрам понимал, что если его голографическую модель мозга довести до логического конца, откроется вероятность того, что объективный мир – мир кофейных чашек, горных пейзажей, деревьев и настольных ламп – вовсе не существует, или, по крайней мере, не существует в том виде, в котором мы его наблюдаем. Стало быть, древние мистики были правы, утверждая, что реальность – это «майя», иллюзия, а внешний мир на самом деле – бесконечная звучащая симфония волновых форм, «частотная область», трансформированная в мир и познанная нами только после прохождения через наши чувства?
Сознавая, что решение, которое он ищет, может находиться вне поля его деятельности, он обратился к сыну-физику за советом. Сын порекомендовал посмотреть работу физика по имени Дэвид Бом. Ознакомившись с этой работой, Прибрам был поражен. Он не только нашел ответ на мучивший его вопрос, но и понял, что, согласно Бому, вся вселенная представляет собой одну большую голограмму!..
книгу «Голографическая Вселенная»
книгу «Голографическая Вселенная»