Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени - Алан Бёрдик

Однако в действительности нейроны едва ли будут функционировать настолько слаженно. «Очень трудно описывать деятельность мозга путем поиска аналогий в повседневной жизни», – признался Буономано. Кроме того, ученый полагает, что миллисекундные часы не привязаны к каким-либо конкретным структурам клеток мозга. С большей вероятностью можно предположить, что функция определения длительности с точностью до миллисекунд осуществляется нейронной сетью, которая организуется ситуативно и не имеет четкой локализации. «Определение длительности времени выступает таким основополагающим аспектом нервной деятельности, что со стороны мозга было бы странно полагаться на ведущий генератор синхроимпульсов, – утверждает ученый. – В существовании эталонных часов нет необходимости, это сделало бы устройство мозга слишком уязвимым».

Когда раздражающий импульс достигает мозга – например, когда сигнал точки кода Морзе возбуждает слуховой нерв или глаз видит вспышку, – по цепочкам нейронов проходит волна электрического возбуждения. Сигнал передается от одного нейрона к другому посредством нейромедиаторов через небольшую щель, которую называют синапсом. Нейромедиаторы приводят следующую клетку в возбужденное состояние, побуждая ее генерировать собственный электрический импульс. Представьте себе ученого, который бросает коллеге ключи от двери через весь коридор. В случае с нейронами бросок занимает ничтожное количество времени – вероятно, от десяти до двадцати миллисекунд. За это время нейрон успевает прийти в возбужденное состояние и выйти из него, передав импульс далее по цепи. Если в ходе передачи одного нейроимпульса поступит еще один, нейрон примет его, находясь в ином возбужденном состоянии, чем при приеме предыдущего импульса. Карл Лешли отмечал, что данную ситуацию наилучшим образом иллюстрирует метафора, изображающая «мозг в виде озерной глади». Воспринятый стимул генерирует импульс, который входит в сеть нейронов, поднимая рябь возбуждения, как будто в воду был брошен камень. Далее следует новый импульс, который слегка видоизменяет рисунок волн на растревоженной поверхности воды, добавляя к ней новые узоры, и так далее. Вся эта чехарда в мозговом веществе никогда не прекращается. Нейроны отнюдь не бездействуют в ожидании очередной точки кода Морзе, которая должна побудить их к действию; они постоянно при делах: за передачей одного нейроимпульса после кратковременного отдыха тут же следует передача второго. «Входящие сигналы никогда не поступают в статичную или пребывающую в состоянии покоя нейросеть – на момент приема импульсов система уже находится в возбужденном состоянии, активирована и упорядочена», – писал Лешли.

Рябь возбуждения, проходящая по нейросети, довольно эфемерна и держится всего лишь несколько миллисекунд, пояснил Буономано. Тем не менее существует короткий промежуток времени, в течение которого в нейросети сохраняется информация о том, что случилось мгновение назад. Нейросеть может находиться в двух состояниях, которые мгновенно сменяют друг друга: активированное состояние, обусловленное передачей последнего принятого импульса, и кратковременный след передачи предыдущего импульса, обнаруживающий незначительные отличия от текущего активированного состояния, который Буономано называет латентным состоянием. Это состояние, выступающее одной из разновидностей краткосрочной памяти, составляет сущность гипотетических миллисекундных часов. Соотнесение двух состояний нейросети по таким параметрам, как последовательное присутствие, отсутствие или количество пиков возбуждения в подсистеме нейронов, информирует мозг о количестве времени, прошедшем с момента перехода нейросети из одного состояния в другое. Миллисекундные часы – это не столько счетчик времени, сколько детектор кодовых комбинаций, который сравнивает последовательные снимки ряби на поверхности пруда и конвертирует пространственные параметры во временные: состояния А и G при наложении дают понять, что прошло 100 миллисекунд; разница между состояниями D и Q соответствует 500 миллисекундам и так далее. Буономано смоделировал на компьютере работу нейросетей, включающих латентные состояния, и убедился в работоспособности модели – симуляторы нейросетей могут распознавать разные интервалы времени.

По словам Буономано, разработанная им модель позволяет сделать важный вывод. Если два раздражителя, к примеру два идентичных звуковых тона, поступают непосредственно друг за другом в течение 100 миллисекунд – быстрее, чем сеть успевает сменить настройки, то второй импульс поступит в нейросеть прежде, чем уляжется волна возбуждения, поднятая первым импульсом. Более того, латентное состояние нейросети будет оказывать влияние на функционирование нового активированного состояния. «Текущий импульс, генерируемый нейроном, зависит от событий недавнего прошлого», – сообщил Буономано. Иными словами, два идентичных раздражителя, следующие с небольшим интервалом, воспринимаются как разные по длительности. Для наглядной демонстрации своего наблюдения Буономано разработал серию любопытных экспериментов. В одной из версий опыта добровольцы прослушивали два коротких тона за короткий промежуток времени, после чего их просили оценить продолжительность паузы между двумя тонами. Длительность интервала изменялась по ходу эксперимента, и участники довольно легко справлялись с заданием до тех пор, пока Буономано не добавил третий «отвлекающий» тон, по частоте и длительности равный двум основным тонам, звучавший непосредственно перед двумя основными тонами. Если третий тон опережал два первых тона менее чем на 100 миллисекунд, испытуемые допускали намного больше ошибок и неточностей в попытках определить продолжительность паузы между целевыми тонами.

В данном случае, разъясняет Буономано, отвлекающий сигнал изменяет восприятие длительности первого тона, в результате чего испытуемый неверно оценивает продолжительность паузы. В другой версии эксперимента добровольцы прослушивали два тона с небольшим интервалом, причем один из них звучал более длительное время. Затем требовалось ответить на вопрос, какой тон прозвучал первым. Если отвлекающий звук раздавался за 100 миллисекунд до первого тона, испытуемые ошибались намного чаще, так как им было сложно определить, какой тон звучал дольше, и, как следствие, определить верную последовательность звуков. В масштабах миллисекунд длительность и последовательность событий во времени тесно переплетаются друг с другом. Другие исследователи и в самом деле замечали, что люди, страдающие некоторыми формами дислексии, часто испытывают трудности с определением правильной последовательности двух фонем, следующих непосредственно друг за другом. Не исключено, что проблема кроется в неспособности дислексиков правильно оценивать длительность звуков и пауз между ними в масштабах миллисекунд. Так или иначе, модель Буономано дает основание утверждать, что мозг действительно может иметь в своем распоряжении миллисекундные часы, но они не будут ни тикать, ни отсчитывать ходы.

В 1892 году пятидесятилетний Уильям Джеймс, «воспылавший неприязнью к лабораторным занятиям», как он сообщал в письме, сдал полномочия руководителя лаборатории психологии Гарвардского университета Хьюго Мюнстербергу, немецкому специалисту по экспериментальной психологии, с которым подружился три года назад в Париже во время Первого международного конгресса психологов. Мюнстерберг изучал психологию в Лейпциге под руководством Вильгельма Вундта, наставника Джеймса. По мнению ряда историков науки, Мюнстерберг первым применил принципы психологии в сфере индустрии и рекламе, разработав психологические тесты для Управления железных дорог Пенсильвании и Бостонской компании надземных железных дорог, облегчавшие процедуру отбора инженеров и вагоновожатых, не склонных к риску. Спустя некоторое время, подведя итог исследованиям, ученый предложил способ повышения производительности труда путем перепланировки офиса таким образом, чтобы клеркам было сложно переговариваться во время работы. Перу Мюнстерберга принадлежит множество книг, в том числе «Психология бизнеса» и «Психология и эффективность производства», а также несколько популярных статей. В частности, статья с заголовком «Как найти работу на всю жизнь», опубликованная журналом McClure’s Magazine в 1910 году, в которой говорилось о том, что психологические эксперименты могут помочь человеку «найти свое истинное призвание» в противовес «беспечному подходу американцев к выбору карьеры».