Mózg nie służy do myślenia. Lisa Feldman-Barrett
bajerów. Cały ten obraz to jeden „wzorzec” aktywności mózgu. Złożoność oznacza, że nasz mózg jest w stanie stworzyć olbrzymią liczbę różnorodnych wzorców tego typu, łącząc ze sobą fragmenty tych, które już kiedyś zbudował. Dzięki temu – przywołując wzorce, które sprawdziły się w przeszłości, i wymyślając nowe na próbę – jest w stanie skutecznie zarządzać ciałem w stale zmieniającym się świecie.
Dany układ jest mniej lub bardziej złożony29 w zależności od tego, jak wielką ilością informacji jest w stanie zarządzać dzięki zmianie konfiguracji. W tym sensie globalny transport lotniczy jest wysoce złożony: pasażerowie mogą dolecieć niemal wszędzie, korzystając z różnych kombinacji lotów. Kiedy otwiera się nowe lotnisko, system przekształca się tak, by je włączyć. Jeśli któryś z portów lotniczych zostanie zniszczony przez tornado, przez jakiś czas nastąpią zakłócenia w lotach, ale ostatecznie linie lotnicze obejdą problem. Układy o mniejszej złożoności nie są w stanie przemodelowywać się z taką łatwością. W przypadku ruchu lotniczego następowałoby to, gdyby na każdej trasie obowiązywał tylko jeden plan lotów albo gdyby wszystkie samoloty musiały korzystać z jednego tylko węzła przesiadkowego – w razie jego utraty cały system znalazłby się w martwym punkcie.
Żeby zgłębić nieco problem większej i mniejszej złożoności, wyobraźmy sobie dwa ludzkie mózgi nieco mniej skomplikowane niż nasz. Pierwszy z nich ma normalne 128 miliardów neuronów, ale każdy z nich jest połączony z każdym z pozostałych. Kiedy jedna komórka nerwowa otrzymuje sygnał nakazujący jej zmienić stopień pobudzenia, ostatecznie wszystkie zrobią to samo, bo wszystkie są ze sobą powiązane. Ponieważ tego typu struktura jest bardzo jednolita, będziemy ją nazywać Mózgiem-Klopsem30. Pod względem funkcjonalnym Klops jest mniej złożony niż wasz mózg – w dowolnym momencie 128 miliardów składających się na niego elementów to właściwie tylko jeden element.
Drugi wyimaginowany mózg także ma 128 miliardów neuronów, ale pocięty jest na osobne fragmenty odpowiedzialne za konkretne, z góry określone funkcje – widzenie, słyszenie, odczuwanie zapachów i smaków, odczuwanie dotyku, myślenie, uczucia itd. – jak w wyobrażeniach XIX-wiecznych frenologów. Ten mózg jest czymś w rodzaju zbioru współdziałających wyspecjalizowanych narzędzi, nazwiemy go więc Mózgiem-Scyzorykiem31. Prawdziwy scyzoryk z, powiedzmy, 14 narzędziami32, może zostać otwarty na około 16 tysięcy różnych sposobów (dokładnie 214), a dodanie kolejnego, piętnastego przyrządu zaledwie podwaja tę liczbę. Neurony naszego mózgu mogą zaś spełniać wiele funkcji, co sprawia, że liczba możliwych kombinacji rośnie wykładniczo. Gdybyśmy mieli scyzoryk z 14 instrumentami i dla każdego z nich znaleźli jedno dodatkowe zastosowanie – dajmy na to, posłużyli się ostrzem jako prymitywnym otwieraczem do butelek, użyli śrubokrętu do zrobienia dziurki i tak dalej – całkowita liczba możliwych wzorców skoczyłaby z 16 tysięcy (214) do ponad 4 milionów (314). Innymi słowy, zwiększenie elastyczności istniejących części mózgu daje w rezultacie znacznie większą złożoność niż dodawanie nowych.
Klops i Scyzoryk mają swoje zalety, ale mózg o wyższym stopniu złożoności bije je oba na głowę.
Bardziej złożone mózgi są w stanie więcej zapamiętywać. Wspomnienia nie są przechowywane jak pliki w komputerze – mózg rekonstruuje je na żądanie za pomocą impulsów elektrycznych i wirującej chmury substancji chemicznych. Nazywamy ten proces zapamiętywaniem, ale tak naprawdę to raczej montowanie. Złożony mózg jest w stanie odtworzyć znacznie więcej wspomnień niż Klops czy Scyzoryk. W dodatku za każdym razem, kiedy sobie coś przypominamy, nasz mózg może składać przywoływane zdarzenie za pomocą innego zestawu neuronów (to nadmiarowość).
Mózgi o wysokim stopniu złożoności są również bardziej kreatywne: mogą twórczo łączyć ze sobą przeszłe doświadczenia, żeby radzić sobie z sytuacjami, z którymi nigdy wcześniej się nie zetknęły – dla przykładu: wspinamy się na nieznane wzgórze czy schody bez potykania się, ponieważ kiedyś już pokonywaliśmy podobne przeszkody. Złożone mózgi szybciej przystosowują się do zmian w środowisku wymuszających reorganizację budżetu ciała. Jest to jedna z przyczyn, dla których ludzie mogą z powodzeniem żyć w tak wielu strefach klimatycznych i typach struktur społecznych: gdy musicie przenieść się z równika na północ Europy albo z kultury, w której panują swobodne obyczaje, do takiej, w której trzeba trzymać się ścisłych reguł postępowania, przejście to będzie łatwiejsze, jeśli w waszej czaszce mieści się złożony mózg.
Jakby tego było mało, wyższy stopień złożoności może sprawiać, że mózg będzie bardziej odporny na uszkodzenia. Kiedy któreś skupisko neuronów przestanie działać, inne mogą przejąć jego funkcje. Być może dlatego dobór naturalny preferował złożone mózgi: Scyzoryk nie ma tej zdolności – w jego przypadku bardziej prawdopodobne jest, że utrata neuronów wiązałaby się z utratą sprawności.
Ludzkie mózgi zaliczają się wprawdzie do najbardziej skomplikowanych na Ziemi, ale nie są jedynymi o wysokim stopniu złożoności. W toku ewolucji inteligentne zachowania pojawiały się wielokrotnie u różnych gatunków zwierząt mających mózgi o różnej strukturze. Weźmy na przykład ośmiornicę – jej złożony mózg jest rozmieszczony w różnych częściach ciała. Ośmiornice potrafią rozwiązywać zagadki, a nawet rozbierać akwaria. Mózgi ptaków też bywają złożone – niektóre gatunki potrafią posługiwać się prostymi narzędziami i mają pewne zdolności językowe, mimo że ich neurony nie organizują się w korę mózgową. Pamiętajcie: wysoce złożony ludzki mózg nie jest szczytowym osiągnięciem ewolucji, jest po prostu dobrze przystosowany do zamieszkiwanych przez nas środowisk.
Znaczny stopień złożoności sieci może być warunkiem wstępnym dla wielu rzeczy, które czynią nas ludźmi, ale sam w sobie nie nie jest wystarczający do stworzenia ludzkiego umysłu. Nasi paleolityczni przodkowie musieli mieć coś więcej, żeby w napotkanym kawałku skały dostrzec przyszły toporek. Podobnie dzisiaj potrzebujemy jeszcze czegoś, żeby traktować różniące się od siebie fizycznie kawałek papieru, kawałek metalu i kawałek plastiku jako narzędzia spełniające to samo zadanie: wszystkie są środkiem płatniczym. Wysoka złożoność może pomóc nam wspiąć się po nieznanych schodach, ale nie wystarczy, by zrozumieć, co to znaczy, że ktoś wspina się po drabinie społecznej, by zdobyć władzę i wpływy. Potrzeba też czegoś więcej niż samej wysokiej złożoności, żeby zastanawiać się nad naturą ludzkiego mózgu i wymyślić wiele twórczych opisujących go metafor, takich jak trójdzielny mózg, systemy 1 i 2 czy mentalne narządy. Wejście na takie szczyty wyobraźni wymaga wysokiego stopnia złożoności upakowanego w naprawdę dużym mózgu, ale także innych czynników, o których dowiecie się z kolejnych lekcji.
Jak już wspominałam, określenie mózgu mianem sieci neuronalnej nie jest metaforą – jest jego najlepszym naukowym opisem, jakim dziś dysponujemy. Pozwala on nam zrozumieć, jak pojedyncza struktura jest w stanie momentalnie się zreorganizować, żeby sprawnie przyswoić olbrzymie ilości informacji. Ujawnia także podobieństwa i różnice między poszczególnymi rodzajami mózgów poprzez oszacowanie ich złożoności. Pomaga nawet wyjaśnić, jak mózg może kompensować sobie uszkodzenia.
Mimo to przy omawianiu zasady działania sieci sięgnęłam po kilka metafor. Na przykład słowo „okablowanie” jest przenośnią. Neurony nie są ze sobą dosłownie połączone33 – występujące między nimi maleńkie przestrzenie nazywamy synapsami, a komunikacja odbywa się za pomocą substancji chemicznych. Neurony nie są także drzewami: nie mają gałęzi i pni. A wasz mózg najprawdopodobniej nie ma w środku lotniska.
Metafora
29
Złożoność nie wiąże się z żadną systematyczną progresją mózgów, ułożonych na jakiejś skali filogenetycznej czy w wielkim łańcuchu bytów w porządku od mniej złożonych do coraz bardziej skomplikowanych, z kulminacją w postaci mózgu ludzkiego. Mózgi innych zwierząt, takich jak małpy czy robaki, też mają tę cechę. Zob. 7half.info/complexity.
30
Nazwę tę zaczerpnęłam z książki psychologa Stevena Pinkera
31
Nazwę tę zawdzięczam psychologom ewolucyjnym Ledzie Cosmides i Johnowi Tooby’emu, którzy porównali ludzki umysł do szwajcarskiego scyzoryka. Zob. 7half.info/pocketknife.
32
Pozwólcie, że przedstawię trochę bardziej szczegółowo matematykę stojącą za poziomem złożoności scyzoryka o 14 narzędziach. W danej konfiguracji rozłożenia narzędzi, którą nazwałam wzorcem, każdy przyrząd może znajdować się w dwóch stanach: być w użyciu bądź nie. Czternaście instrumentów o dwóch potencjalnych stanach daje około 16 tysięcy możliwych wzorców porozkładania całego scyzoryka:
2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 214 = 16 384
Dodanie 15. narzędzia podwaja tę liczbę:
2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 215 = 32 768
Gdyby przyrządom przypisać jedną dodatkową funkcję, każdy z nich znajdowałby się wówczas w jednym z trzech stanów zamiast dwóch: mógłby zostać wyciągnięty do spełnienia pierwszego zadania, wyciągnięty do spełnienia drugiego zadania lub pozostać schowany. To zapewnia scyzorykowi znacznie więcej ewentualnych wzorców użycia:
3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 × 3 = 314 = 4 782 969
Narzędzia o czterech funkcjach dawałyby 414, czyli 268 435 456 wzorców itd.
33
Uwagę tę zawdzięczam uprzejmości mojej koleżanki Dany Brooks z Department of Electrical and Computer Engineering Northeastern University.