Перейти к контенту →

Мозг — повелитель времени: Как наш мозг чувствует и измеряет ход времени. Дин Буономано. Краткое содержание

Автор книги “Мозг — повелитель времени” Дин Буономано замечает странную тенденцию: мы постоянно стремимся то сэкономить время, то убить его. Почему наш мозг так противоречиво ощущает время? Почему оно то ускоряется, то ползет черепахой? Почему мы способны заглянуть в мыслях на годы вперед, но беззащитны перед кредитами и рекламой?

Мозг и время: как наша биология противоречит законам физики

Мы постоянно стремимся то сэкономить время, то убить его, мы теряем время, оттягиваем, мечтаем о свободных минутах. А ученые толкуют об относительности времени, о растяжимости времени, о времени реакции. Но что же такое время, а главное — почему наш мозг так противоречиво его ощущает? Почему время то ускоряется, то ползет черепахой? Почему мы способны заглянуть в мыслях на годы вперед, но беззащитны перед кредитами и рекламой? А как чувствуют время наши меньшие братья? Дин Буономано предлагает самые современные научные ответы на эти вопросы.

Об авторе

Дин Буономано  американский нейробиолог, профессор Калифорнийского университета, названный «одним из первых нейробиологов, которые задались вопросом, как человеческий мозг кодирует время».

Никто не знает, что такое время

«Время» одно из самых популярных слов и одно из самых неопределенных. Хотя наш мозг — самое сложное устройство в мире, он не проектировался эволюцией для осознания такого феномена, как время, поэтому нет явления более парадоксального. Наши органы чувств не способны уловить течение времени, время нельзя потрогать или понюхать, однако мы научились измерять его куда точнее, чем пространство.

Наука шла к этому долгим путем: математика началась с евклидовой геометрии, а к понятию времени подобралась только через 2000 лет. Ньютон считал, что у времени универсальный характер. Даже после открытий Эйнштейна некоторые ученые стремятся исключить фактор времени и представить вселенную как геометрически статичный объект. С другими науками не проще: биология приняла концепцию времени только благодаря Дарвину и его идее эволюции. Между тем, если мы не поймем, как мозг воспринимает время, то не поймем и само устройство мозга.

В самом общем виде мозг может различать естественное время (та среда, в которой протекает наша жизнь), часовое время (оно ведает нашими повседневными делами) и субъективное время. Но это лишь вершина айсберга.

Наш мозг — машина времени

Тема путешествий во времени невероятно популярна, но очень молода: ей всего около ста лет. Ее научный отец — Альберт Эйнштейн, после открытий которого физики стали допускать саму возможность хронопутешествий. Впрочем, машина времени прямо сейчас располагается в голове каждого из нас — это наш мозг. Для такого сравнения есть четыре причины:

  1. Мы предсказываем будущее, запоминая прошлое. Это главное условие нашего выживания, и оно в той или иной степени касается всех животных. Лучший способ выжить в постоянно меняющемся мире — научиться предугадывать, что произойдет в будущем и когда.
  2. Мозг умеет определять время. Все наши дела и навыки — от способности прочитать наизусть стихотворение до регуляции циклов сна — требуют умения определять время. Механизмов для определения разных отрезков времени в нашем мозгу множество, и с точки зрения эволюции это логично: слишком важную роль время играет в разных аспектах нашей жизни.
  3. Мозг создает ощущение времени. При этом наш организм не имеет своего органа чувств для восприятия времени. Однако же это одно из наиболее привычных наших ощущений, которое полностью противоречит тому, что знает о времени наука.
  4. Мы можем путешествовать во времени — в мыслях. Это позволяет нам «властвовать миром». Может быть, человек и не единственное животное на планете с такой способностью, но он, безусловно, единственное животное, которое научилось извлекать из этого максимальную пользу.

Время — учитель (но мы плохие ученики)

Одна из базовых форм обучения — знаменитый условный рефлекс. Поведение собаки Павлова, реагирующей на звонок, основано на порядке событий. Принцип временной обусловленности позволяет нам видеть связь между сексом и рождением ребенка, между посевом семян и урожаем. Но мы достаточно близоруки в этом отношении: как шутит Буономано, если бы раковая опухоль появлялась через неделю после выкуривания первой сигареты, это производило бы на курящих куда большее впечатление. Почему мы такие плохие стратеги? Вы узнаете об этом из главы «Путешествия во времени».

Мозг днем и ночью

Итак, мозг наделен механизмами для измерения самых разных отрезков времени. Возьмем базовый цикл «день — ночь». В глубине мозга прячется гипоталамус, а в глубине гипоталамуса располагается супрахиазматическое ядро. Именно эта небольшая группа из 10 тыс. нейронов сообщает вам, когда следует отправляться спать. Но, как ни странно, для существования циркадного ритма наличие головного мозга вообще необязательно! Опыты показали, что даже единичная клетка бактерии отслеживает время суток.

Если нейроны супрахиазматического ядра существуют в глубине мозга, в полной темноте, откуда они знают, день сейчас или ночь? Тут важны внешние сигналы, в первую очередь солнечный свет: неслучайно супрахиазматическое ядро располагается на пересечении правого и левого оптического нерва. Так оно определяет уровень освещенности снаружи черепа. А эта информация настраивает биологические часы в соответствии с фазами вращения Земли.

Люди поняли всю сложность природных часов лишь в XX столетии, когда стали летать на самолетах и благодаря этому быстро перемещаться в другой часовой пояс. Кто-то переживает этот процесс спокойно, кто-то чрезвычайно болезненно, но касается это каждого. При этом путешествие на восток пережить гораздо сложнее, чем перелет на запад.

Прогресс играет против нас. Сегодня множество людей работает посменно: пилоты, медсестры, полицейские. Режим их работы может спровоцировать серьезные патологии, например, диабет. Концентрация инсулина обычно повышается перед приемом пищи, а нарушение равновесия ведет к развитию диабета.

Вообще, от супрахиазматического ядра больше вреда, чем пользы. Тем обиднее понимать, что мы можем жить и без него. Ученые косвенно доказали это, когда заметили, что повреждение ядра у хомяков привело к увеличению продолжительности жизни. Так что, если в будущем мы будем обживать другие галактики с другими циклами дня и ночи, проще будет вовсе отключить супрахиазматическое ядро.

Выходит, чувство времени можно объяснить химией мозга: бодрость или усталость зависит от концентрации белков в супрахиазматическом ядре. Однако циркадный ритм — не единственные часы нашего мозга и не самые точные. Образно говоря, это часы без минутной стрелки. Когда дело касается более коротких интервалов, мозг включает другие часы.

Эффект замедленной съемки

В опасных для жизни ситуациях мы видим все, будто в режиме замедленной съемки. Как объяснить это непонятное ощущение? Начнем с того, что есть два способа отсчета времени: проспективный и ретроспективный.

Сравните две ситуации.

  1. Вы беседуете с приятелем, и тот просит вас напомнить, что через 5 минут ему нужно уходить.
  2. Приятель извиняется и уходит, а через 5 минут у вас спрашивают, как давно ушел ваш приятель.

В обеих ситуациях вас просят оценить временной интервал, но механизмы определения времени будут разными, и в первом случае вы наверняка дадите более точный ответ. В момент просьбы вы осознанно запустите внутренний «хронометр»: это проспективное время. Во втором случае речь идет о ретроспективном времени, которое вы, скорее всего, затруднитесь определить точно. Мы не всегда отдаем себе отчет в том, что имеем дело с двумя разными ощущениями времени, а потому склонны переоценивать время, прошедшее в скучных очередях или в ожидании задержанного рейса. Поэтому, когда вы дозваниваетесь в какое-нибудь учреждение, вам включают музыку: так время ожидания кажется меньше.

Как же быть с восприятием событий в замедленном ритме? На этот счет есть несколько гипотез. Возможно, в угрожающей жизни ситуации мозг начинает работать в ускоренном режиме. Согласно другой гипотезе, нас подводит память: мы воспринимаем ситуацию в замедленном ритме не в момент события, а вспоминая его. Скорость восприятия событий обычная, но серия воспоминаний будет очень подробная, потому что в критические мгновения мозг повышает временное и пространственное «разрешение» памяти. Задним числом такая насыщенность создает эффект замедленного ритма.

На самом деле мы постоянно используем способность мозга сжимать и растягивать время. Вспоминая слова любимой песни, вы повторяете ее в уме в более быстром темпе. Вы можете медленно завязывать шнурки, обучая этому ребенка, но делаете это быстро, когда нужно срочно выбегать из дома. Проблема в том, что осознание чего-либо — очень неоднозначная штука. Начнем с того, что мозг всегда конструирует картину происходящего с некоторой задержкой. То, что мы считаем реальностью, на самом деле — недавнее прошлое. С другой стороны, сознание никогда не в курсе всех планов бессознательного. Наблюдая за активностью нейронов мозга, можно предсказать, что человек примет решение пошевелить пальцем за 900 мс до того, как он это сделает. Так что, даже если опасность заставляет мозг переходить в ускоренный режим (что приводит к ускорению наших действий), сознание работает слишком медленно, чтобы управлять этим процессом, оно оказывается в заложниках у бессознательного.

Ход внутренних часов

В нашем мозгу нет одних универсальных «часов»: это несколько тонко настроенных систем, отвечающих за разные временные интервалы. Обычно мы не обращаем на них внимания, ведь речь идет о долях секунды. Но при желании мы можем прислушаться к этим часам. Чувство юмора самым тесным образом связано с чувством времени. Юмор основан на неожиданности, а мозг находится в режиме постоянного предсказания событий. Чтобы нам стало смешно, неожиданная концовка должна произойти в ожидаемое время: не раньше и не позже, иначе мозг уже переключится на что-то другое.

  • Без чувства времени мы не владели бы речью — не смогли бы распознать интервалы между словами и фонемами. Недаром любой, кто учит иностранный язык во взрослом возрасте, жалуется, что носители языка говорят слишком быстро.
  • Не обладая чувством времени, мы не знали бы музыки. При выполнении упражнений по оценке временных интервалов музыканты показывают результаты на 20% точнее, чем не музыканты (тут есть свои нюансы: барабанщики точнее оценивают интервалы времени, чем скрипачи).

Речь и музыка — занятия, заставляющие мозг постоянно предсказывать, что сейчас произойдет. Когда мы машинально качаем головой в такт музыке на концерте, это самое простое доказательство способности мозга «предсказывать». Вы не качаете головой в ответ на каждый удар клавиш, потому что мозг заглянул на несколько сотен миллисекунд вперед, предсказав следующий такт и синхронизировав с ним ваш кивок. Эта синхронизация настолько естественна, что нам проще поддерживать ритм музыки, чем его нарушить.

Однако большинство животных не обладают чувством ритма. Им не хватает чувствительных и двигательных способностей, необходимых для синхронизации движений с ритмом. Домашние любимцы в YouTube, якобы отплясывающие под музыку, не следуют ритму — они воспроизводят серию заученных движений. Исключение — птицы. Их способность распознавать ритм объясняет гипотеза голосового обучения. Этот вид обучения объединяет птиц, человека, китов и слонов. Для голосового обучения мозг должен слышать звуки и понимать, как их воспроизвести с помощью голосовых связок. Для этого требуется хорошая координация между слуховыми и двигательными центрами мозга.

Итак, отсчет времени в диапазоне сотен миллисекунд очень важен для нас, хотя мы этого и не замечаем. За этот отсчет отвечают не какие-то специализированные сети нейронов — таково природное свойство нейронов в целом. Ученые доказали это в ходе одного эксперимента: поместили изолированную часть коры мозга в термостат и посмотрели на реакцию клеток. В таких условиях фрагменты мозга, содержащие десятки тысяч нейронов, можно поддерживать в живом состоянии на протяжении месяцев!

Часы, не похожие на часы

Необходимость отсчитывать время возникает практически во всех решаемых мозгом задачах, и задачи эти очень разнообразны: мозг различает половину и четверть музыкальной ноты, сообщение с помощью азбуки Морзе, время сигнала светофора. Соблазнительно предположить, что часы мозга работают по тому же принципу, что и часы, сделанные человеком: одни нейроны пульсируют с какой-то фиксированной частотой, а другие считывают эти пульсации.

 

Нейроны действительно осциллируют — возбуждаются через определенные интервалы времени, но в часах, сделанных руками человека, кроме осциллятора есть еще механизм, способный подсчитывать осцилляции — шестеренки. Мозг устроен по-другому. Молекулярный механизм циркадного ритма имеет период около 24 часов. Концентрация белков циркадного ритма соответствует фазам этого 24-часового цикла: утро, день, ночь. Но циркадные часы не умеют подсчитывать, сколько суток прошло с того или иного момента времени — каждый день показатели этих «часов» обнуляются. Нейроны не умеют считать до 13 592 или даже до пяти.

Равным образом неверно спрашивать, какие именно нейроны определяют время, — это все равно, что спросить, какие именно транзисторы в компьютере отвечают за кодирование информации. Их множество, и все они участвуют в этом процессе.

Как считать время

С древних времен люди знали календарь — он был нужен, чтобы определять благоприятное время для урожая или обрядов. Наши предки ориентировались на Луну и звезды — несовершенная система, но уже в древности умение исчислять время давало власть. Римские жрецы, отвечавшие за календарь, могли увеличивать длительность календарного года, чтобы удержать у власти угодных консулов, а могли и укорачивать, чтобы быстрее убрать соперников.

Точное время суток люди научились узнавать позднее. С IV века до н. э. для этого использовали солнечные часы. Теперь время нельзя было трактовать свободно — возник диктат расписания. В XIII веке люди изобрели первые механические часы, причем сначала они появились в монастырях, где был необходим точный отсчет времени для молитв. А в 1657 году голландский физик Гюйгенс создал первые в мире высокоточные часы с маятником. Их среднесуточная погрешность не превышала 10 секунд — невероятное достижение по тем временам. С этого времени рукотворные часы стали превосходить по точности внутренние часы человеческого мозга.

К началу ХХ века часы стали настолько точными, что теряли не более секунды за сутки. Возникла нужда в синхронизации: часы в Париже и в Москве должны были показывать одно время, это было необходимо в сфере железнодорожного сообщения, а также для телеграфа, биржи, и т.д. Центром часовых технологий стала Швейцария, туда поступало множество соответствующих патентов. С 1902 по 1909 годы их внимательно изучал исполнительный служащий по имени Альберт Эйнштейн. В 1905 году он опубликовал работу, которая отвергла концепцию абсолютного времени.

В 1920-х годах появились первые кварцевые часы, а еще через 20 лет — атомные. Часы Гюйгенса теряли до 10 секунд в сутки, а атомные часы выбились бы из ритма на 10 секунд к сегодняшнему дню, если бы были запущены в момент образования Земли — 10 секунд за 4,5 миллиарда лет! В XXI веке мы умеем измерять время точнее, чем любые другие параметры Вселенной. Однако мы не подошли ближе к ответу на вопрос, что же такое время.

Что же такое время?

С точки зрения эволюции, люди — всего лишь поумневшие приматы, причем наш ум развивался неравномерно. Мы хорошо научились взаимодействовать в социальных группах, потому что это нужно для выживания, однако эволюция не готовила нас к пониманию механизмов работы собственного мозга. Равным образом мозг не эволюционировал для понимания природы времени.

Это не мешало философам и ученым размышлять и строить теории. Все версии в итоге сошлись к двум концепциям: презентизму и этернализму.

С точки зрения презентизма, реально только «сейчас», мы живем в бесконечном настоящем. В рамках этернализма прошлое, настоящее и будущее — реальны в одинаковой степени. То есть, с точки зрения первой теории, мамонты «уже не существуют». В понятиях этернализма мамонты есть «сейчас», так же, как и люди, и все остальное. Сидя в Москве, вы знаете, что где-то в этот момент есть вполне реальные Лондон и Париж. Так вот, представьте, что где-то на временной шкале обосновались не менее реальные мамонты.

Сложно вообразить такое? Именно поэтому нашему обыденному пониманию вещей ближе презентизм. Физика же основана на этернализме. С точки зрения науки обороты типа «время бежит» или «время течет» бессмысленны: и Ньютон, и Максвелл в своих расчетах не придавали значения направлению времени, в их уравнениях прошлое, настоящее и будущее эквивалентны. А наиболее веский довод в пользу этернализма высказал Эйнштейн.

Как примирить физику и психологию

Эйнштейн опроверг концепцию абсолютного времени и утвердил время относительное. С бытовой точки зрения эту относительность заметить сложно: все наши часы идут с одинаковой скоростью. Однако если мы сможем разогнаться до скорости света, часы будут идти по-разному. Это было доказано экспериментально при сравнении хода атомных часов, находящихся в летящем самолете, и часов, оставшихся на земле. В самолете время отставало лишь на десятки миллиардных долей секунды, но эти доли подтвердили правоту Эйнштейна. Впрочем, экспериментальных подтверждений в пользу этернализма или презентизма все равно слишком мало. Самым убедительным доказательством было бы путешествие во времени, и физика не отрицает этой возможности, но для этого человеку надо превысить скорость света.

К концу XX века данные физики резко разошлись с данными нейробиологии. С точки зрения физики время во вселенной не движется. Тем не менее, все мы ощущаем ход времени. Как же примирить эти состояния? Мы знаем, что мозг порождает иллюзии восприятия (например, фантомные боли), но нам также известно, что эволюция действует надежно, и нервная система очень хорошо настраивается в соответствии с законами физики. Если мы живем в этерналистской вселенной, где в реальности время никуда не течет, зачем тогда эволюция снабдила нас чувством времени? Это иллюзия мозга или отражение реальных законов физики? И как быть с тем, что и законы физики выведены тем же самым мозгом?

Время спорит с пространством

Биологически пространство нам понятнее, чем время. Доказано, что дети начинают постигать время только после понимания сути пространства и скорости. Животные гораздо глубже «понимают» концепцию пространства, чем концепцию времени: вспомните эксперименты с мышами в лабиринте или муравьев, безошибочно находящих дорогу в муравейник. Человеческий язык подсказывает, что пространственные категории определяют чувство времени: мы говорим, что время истеклоприближается день экзамена, операция перенесена на два дня.

Однако наблюдения показывают, что с точки зрения мозга не пространство порождает время, а пространство и время тесно переплетены между собой. И тут физика и биология перестают противоречить друг другу. Наше ощущение времени в самом деле относительно, ведь оно зависит и от эмоционального состояния, и от обстановки, и от сосредоточенности на выполнении дела.

Путешествия во времени

Способность вспомнить и заново пережить то или иное событие основана на двух типах памяти: семантической и эпизодической. Семантическая память — это знание фактов: Карибские острова расположены между Северной и Южной Америкой. Эпизодическая память — это воспоминание о том, как в прошлом году вы отдыхали на Карибских островах. Наверняка вы помните, что это было не просто «в прошлом году», а «с 23 по 31 июля». Но попробуйте вспомнить, когда именно вы узнали о том, что Карибы расположены между Северной и Южной Америкой? Это гораздо сложнее, ведь семантическая память не хранит даты. В свою очередь эпизодической памяти (а также планированию будущего) не обойтись без семантической. Трудно представить себе отпуск на Карибах, ничего не зная про «Карибы», «солнце», «пляж». Воспоминания и планирование будущего связаны самым тесным образом: пациенты с амнезией не представляют себя как в прошлом, так и в будущем. Они теряют способность «путешествовать во времени».

А что насчет животных? Когда белки запасают орехи, они думают о будущем или ведомы инстинктом? Верно второе, потому что орехи запасают даже молодые особи, никогда не видевшие зимы. Сложнее с птицами. Сойки любят живых червей и орехи, но всегда предпочтут первое. Если им показать орех и червя, умершего пять дней назад, они выберут орех. А если дать сойке возможность спрятать свежего червя и орех, но вернуться к тайнику она сможет либо через 4 часа, либо через 4 дня? Эксперимент показал, что через 4 часа птицы прилетают за червями, а через 4дня — за орехами. Откуда они знают, что иначе черви будут «просрочены»? Еще одно наблюдение ученых: если сойка замечает, что за ней следят, она возвращается к тайнику и перепрятывает еду — то есть, очевидно, птица предвидит возможный ход событий: ее еду могут украсть! Подобные умозаключения демонстрируют и приматы.

Конечно, человек далеко ушел и от соек, и от приматов в способности заглядывать вперед. Но не следует задирать нос перед братьями меньшими: люди далеко не всегда могут похвастать дальновидностью, иначе мы не подсаживались бы на кредиты. На протяжении почти всей истории человеческий мозг эволюционировал как мозг животного, а те живут в вечном настоящем. Так что нам по-прежнему нравится получать награду сразу, чем охотно пользуются банки и магазины. Между тем, подождать — полезнее во всех смыслах: доказано, что люди, которые выбирают небольшое поощрение сегодня вместо крупной награды потом, чаще имеют вредные привычки, финансовые или медицинские проблемы. Ощущение времени моделирует наш образ жизни! К счастью, выбор между краткосрочной и долгосрочной выгодой не предопределен генетически — он зависит от силы воли и рассудительности, а эти качества можно тренировать.

Какой отдел мозга ответственен за перемещения во времени? Буономано предлагает такую метафору: «Приписывать какую-то конкретную функцию специфической области мозга  все равно, что смотреть футбол и спрашивать, какой игрок отвечает за забивание голов. Понятно, что защитники и нападающие выполняют разные функции, но игра ведется совместными усилиями команды, и забить мяч может любой игрок».

Мысленное перемещение во времени — сложная когнитивная операция: мы не можем представить абстрактное «будущее», оно обязательно состоит из уже известных нам фрагментов прошлого, которые, в свою очередь, отложились в памяти специфическим и не всегда точным образом. У нас обязательно включится эмоциональный компонент, а фрагменты семантической и эмоциональной памяти окажутся перемешаны. Другими словами, эксперименты над сойками не слишком приближают нас к пониманию того, как способность к мысленному перемещению во времени выработалась у нас самих в ходе эволюции. Очевидно лишь, что эта способность в равной степени стала для нас и даром, и проклятием.

Сознание опаздывает

Феномен времени был переосмыслен в ХХ веке, но и по поводу сознания ученые узнали много нового, а вот совместить эти два явления оказалось непросто. Хотя время кажется нам «текучим», сознание не может непрерывно отражать ход времени. То, что мы видим вокруг с утра до ночи — не реальность, а ее отредактированная версия. Главная задача мозга — в целях экономии усилий создать непротиворечивую картину реальности.

Вот простой пример: из-за моргания человек теряет за сутки целый час зрительной информации. Но вряд ли в вашем сознании есть какие-то пробелы, верно? Равным образом мозг синхронизирует скорость света и скорость звука: скорость света выше, но анатомически ухо быстрее глаза, поэтому на спортивных соревнованиях в качестве стартового сигнала используют звук выстрела. Насколько опаздывает сознание? Больше, чем кажется: информация, которую мы считаем осознанным «настоящим», является устаревшей картиной — как минимум на треть секунды. Мы всегда живем в немного припозднившемся мире.

Заключение

Физики принципиально разошлись в понимании феномена времени, их выводы противоречат нашему интуитивному пониманию, но и нейробиологи, в свою очередь, обнаружили множество парадоксальных закономерностей работы мозга. Мы оказались перед чрезвычайно сложной мозаикой, многие элементы которой будто несоединимы.

Над миром главенствует эволюция и принцип выживания. Создание мозгом непротиворечивой, пусть и несколько запаздывающей картины реальности — первое из важнейших эволюционных умений. Второе важное умение — предвидение будущего. И физики, и нейробиологи, и психологи сходятся в одном: мозг по своей сути является органом, действующим во времени.

По меркам эволюции мы научились мысленно перемещаться во времени сравнительно недавно, но это уже дало нам немало преимуществ: это создало культуру, общество, религию, но породило и множество проблем. Например, мы осознали себя смертными, мы до сих пор остаемся недальновидны в самых бытовых проявлениях, предпочитая мгновенную выгоду долгосрочной. Впрочем, эта недальновидность лишь привычка, и она поправима. Пусть природа времени по-прежнему темна, у нас нет препятствий, чтобы совершенствовать искусство мысленных путешествий, тренируя навыки планирования и тем самым готовя себе лучшее будущее.

 

Опубликовано в Быстрый результат

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *