Контролируемая галлюцинация

Мозг никогда не видел света.

Он заключён в лишённой окон полости черепа, куда не проникают ни утреннее солнце, ни человеческие лица, ни очертания улиц. До него доходят только серии электрических импульсов. Сетчатка сообщает об изменениях яркости и контраста, внутреннее ухо преобразует колебания воздуха, кожа передаёт давление и температуру, а внутренние органы непрерывно докладывают о дыхании, пульсе и химическом составе крови.

Из этого потока мозг создаёт переживаемый мир.

Мы привыкли думать, что восприятие движется от органов чувств к сознанию: свет попадает в глаза, изображение передаётся в мозг, и человек видит предмет. Нейрофизиология описывает более сложную картину. Значительная часть сигналов движется в обратном направлении  от высших областей коры к нижним. Мозг не просто принимает информацию, а заранее формирует гипотезу о том, какую информацию должен получить.

Эту концепцию называют предсказывающим кодированием.

Когда человек входит в знакомую комнату, мозгу не требуется заново вычислять значение каждой линии и каждого пятна. Он уже ожидает увидеть стены, окно, стол и дверной проём. Высшие уровни зрительной системы посылают нижним уровням прогноз ожидаемой картины. Сенсорные области сравнивают его с сигналами сетчатки и передают наверх преимущественно различия  ошибки предсказания.

Если прогноз совпал с входящими данными, интенсивной коррекции не требуется. Если на столе появился незнакомый предмет или за занавеской возникло неожиданное движение, ошибка возрастает. Внимание переключается, взгляд поворачивается, модель обновляется.

Так возникает непрерывный цикл:

предсказание  сенсорный сигнал  ошибка  исправленное предсказание.

Ещё в 1999 году нейробиологи Раджеш Рао и Дана Баллард показали, что математическая модель, устроенная по этому принципу, способна воспроизводить некоторые свойства нейронов зрительной коры. В их схеме нисходящие связи переносили прогнозы, а восходящие  остаточную ошибку. Позднее Карл Фристон распространил эту логику на более общую теорию работы мозга, связав восприятие, обучение и действие с минимизацией ошибок предсказания.

Предполагается, что этот обмен реализуется в самой архитектуре коры. Поверхностные слои преимущественно передают сигналы вверх по сенсорной иерархии, тогда как глубокие слои образуют многочисленные обратные связи. Одни группы нейронов могут кодировать предполагаемую причину ощущений, другие  расхождение между прогнозом и реальным входом. Тормозные интернейроны регулируют сравнение, а изменение силы синапсов позволяет модели учиться на повторяющихся ошибках.

Это не окончательно доказанная схема каждого участка мозга, а нейровычислительная гипотеза. Однако она согласуется с анатомией корковых связей и объясняет целый ряд экспериментальных наблюдений.

Если человеку много раз предъявлять одинаковый звук, а затем внезапно заменить или пропустить его, мозг реагирует на нарушение последовательности. Электроэнцефалография регистрирует волну рассогласования даже тогда, когда внимание направлено на другое. Физического звука может не быть, но отсутствие ожидаемого события само становится нейронным событием.

Похожий эффект обнаружен в зрительной коре животных. Когда мышь бежит, окружающее изображение смещается с предсказуемой скоростью. Мозг связывает движение лап с движением зрительного поля. Если виртуальный пейзаж внезапно останавливается, отдельные нейроны первичной зрительной коры резко усиливают активность. Они реагируют не просто на изображение, а на несоответствие изображения ожидаемому результату движения.

Такой механизм особенно заметен в повседневности.

В тёмной комнате пальто на стуле на мгновение превращается в человеческую фигуру. Сетчатка передаёт несколько неопределённых контуров, и мозг выбирает гипотезу, имеющую значение для безопасности. Когда включается свет, сенсорные данные становятся точнее, ошибка предсказания возрастает, и человек исчезает, уступая место ткани.
В шумном вагоне несколько частот складываются в собственное имя. При ожидании сообщения сокращение мышцы воспринимается как вибрация телефона. В знакомой фразе опечатка остаётся незамеченной, потому что мозг предсказывает слово раньше, чем анализирует все буквы. Во всех этих случаях восприятие определяется не только входящим сигналом, но и тем, что система была готова обнаружить.

Однако мозг оценивает не одну ошибку. Он оценивает ещё и её надёжность. В теории предсказывающего кодирования этот параметр называется точностью, или precision.

При ярком освещении зрительным данным присваивается большой вес, поэтому неверная гипотеза быстро отбрасывается. В тумане, темноте или сильном шуме сенсорный сигнал становится ненадёжным, и влияние прошлого опыта возрастает. Именно поэтому неоднозначные образы так легко меняются после подсказки. Достаточно однажды увидеть лицо в узоре обоев, чтобы затем оно возникало почти автоматически.

Внимание также можно понимать как настройку точности. Среди тысяч сигналов мозг усиливает те, которые считает важными. Ожидание опасности повышает чувствительность к движению, выражению лица и резким звукам. Ожидание боли усиливает значение телесных сигналов. Чувство безопасности способно, напротив, уменьшить их вес.

Здесь предсказывающее кодирование выходит за пределы зрения и слуха.

Мозг прогнозирует последствия каждого движения. Перед тем как рука поднимет чашку, моторная система рассчитывает её предполагаемый вес, напряжение мышц и положение суставов. Если чашка неожиданно пуста, рука взлетает выше запланированного. Ошибка возникает после начала движения, потому что само движение было подготовлено как предсказание будущего состояния тела.

По той же причине человеку трудно себя пощекотать. Когда движение совершается собственной рукой, мозг заранее вычисляет ожидаемое прикосновение и ослабляет реакцию на него. Чужое касание невозможно предсказать с такой точностью, поэтому оно ощущается сильнее.

Предсказания охватывают и внутреннюю среду организма. Сердцебиение, напряжение мышц, температура, дыхание и состояние желудка не обладают готовым психологическим смыслом. Мозг должен определить их вероятную причину. Учащённый пульс может быть истолкован как физическая нагрузка, страх, возбуждение или начинающееся заболевание. Контекст превращает телесный сигнал в переживаемую эмоцию.

Даже боль не является прямым измерителем повреждения. Она возникает как оценка угрозы телу, основанная на нервных сигналах, памяти, внимании и ожиданиях. Поэтому тяжесть повреждения и интенсивность боли могут расходиться, а плацебо и ноцебо способны изменять реальное переживание, не отменяя его физиологической природы.

Мозг может уменьшать ошибку двумя способами. Первый  изменить внутреннюю модель, признав, что мир оказался не таким, как ожидалось. Второй  изменить сам сенсорный поток действием. Если темно, человек включает свет. Если холодно, надевает одежду. Если предмет неясен, приближается и рассматривает его.

Этот процесс называют активным выводом. Восприятие подстраивает модель под мир, а действие подстраивает доступную часть мира под модель. Граница между познанием и поведением становится менее отчётливой: организм непрерывно проверяет свои гипотезы движением.

Почему же такую систему называют контролируемой галлюцинацией?

Потому что сознательный образ не поступает извне в готовом виде. Он генерируется мозгом как наиболее вероятное объяснение сенсорных причин. Но нормальное восприятие контролируется потоком ошибок. Внешний мир постоянно ограничивает воображение, отвергая одни гипотезы и подтверждая другие.

При настоящей галлюцинации равновесие может нарушиться. Внутреннее предсказание получает чрезмерный вес, сенсорным данным приписывается недостаточная точность, и созданное мозгом содержание переживается как внешнее событие. Однако клинические галлюцинации сложнее этой простой формулы: в них участвуют нейромедиаторные системы, внимание, память, особенности корковых связей и состояние организма.

Поэтому выражение «контролируемая галлюцинация» остаётся метафорой, хотя за ней стоит серьёзная научная идея.
Мы воспринимаем не сам мир и не произвольную фантазию. Мы воспринимаем лучшую текущую модель мира, проверенную сигналами органов чувств. Обычно эта модель настолько точна и устойчива, что её происхождение остаётся незаметным.

Но иногда контроль ослабевает. Тогда голос возникает из шума, лицо  из теней, опасность  из учащённого пульса. На мгновение становится видна работа системы, которая обычно скрыта совершенством собственного результата.

Сознательная реальность  это гипотеза мозга, которую внешний мир пока не сумел опровергнуть.