Грациано, Майкл

Грациано родился 22 мая 1967 года в Бриджпорте, штат Коннектикут^[34], и провёл детство в Буффало, штат Нью-Йорк^[34]. В 1989 году он получил степень бакалавра искусств в области психологии в Принстонском университете^[35]. С 1989 по 1991 год был аспирантом на факультете мозга и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте^[35]. Затем он вернулся в Принстон, где в 1996 году получил степень доктора философии (PhD) в области нейронауки и психологии^[35] под руководством Чарльза Г. Гросса^[36]. После защиты диссертации остался работать в Принстонском университете, пройдя путь от постдокторанта до полного профессора, звание которого получил в 2017 году^[35].

В 2010 году Майкл Грациано получил премию Moonbeam Children’s Book Award за свою детскую книгу «Последний блокнот Леонардо» (The Last Notebook of Leonardo), которую он написал под псевдонимом Б. Б. Вурдж^[37].

Грациано сделал вклад в трёх областях нейробиологии: кодирование периперсонального пространства нейронами головного мозга; как двигательная кора контролирует сложные движения и возможные нейробиологические основы сознания. Этот вклад подробно рассмотрен в разделах ниже.

В 1990-е годы Грациано и Чарльз Гросс описали свойства набора мультисенсорных нейронов в мозге обезьяны. Опираясь на работу Хиваринена и коллег^[38][39], а также Риццолатти и коллег^[40][41], Грациано и Гросс описали сеть областей мозга, которые кодировали пространство, непосредственно окружающее тело.

Каждый из мультисенсорных нейронов реагировал на прикосновение в определённом участке — «тактильном рецептивном поле» — на поверхности тела. Каждый нейрон также реагировал на зрительный раздражитель, который находился рядом с тактильным рецептивным полем, или приближался к нему. Таким образом, «визуальным рецептивным полем» оказывался участок пространства, прилегающий к соответствующей части тела. Некоторые нейроны реагировали на источники звука, расположенные рядом с тактильным рецепторным полем. некоторые нейроны также реагировали мнемонически, активизируясь при движении части тела через пространство и приближении её к запомненному расположению объекта в темноте. Деятельность этих мультисенсорных нейронов, следовательно, сигнализирует о присутствии объекта рядом с частью тела или его прикосновения к ней, независимо от того, чувствовался ли объект тактильно, был ли он увиден, услышан, или вызван в памяти.

Электростимуляция этих мультисенсорных нейронов почти всегда вызывала сложные, скоординированные движения, выглядящие как вздрагивание, либо блокирующие или защитные действия. Химическое затормаживание этих нейронов порождало состояние «стальных нервов», при котором защитные реакции были заторможены. Химическое усиление этих нейронов порождало «сверх-дёрганное» состояние, в котором любой слабый раздражитель, например, объект мягко двигающийся к лицу, вызвал полномасштабную реакцию отклонения.

В интерпретации Грациано^[42], эти мультисенсорные нейроны образуют специализированную и широко распространяющуюся по мозгу сеть, которая кодирует пространство возле тела, вычисляет безопасные границы и помогает координировать движения относительно близлежащих объектов с акцентом на уклоняющиеся или блокирующие движения. Слабый уровень активации может ухудшить способность избегания столкновения, в то время как сильный уровень активации вызывает избыточные защитные действия.

Нейроны, кодирующие периперсональное пространство, могут также обеспечить нейробиологическую базу для психологического феномена личного пространства^[42]. Личное пространство, описанное Холлом^[43], является гибким «пузырём» пространства вокруг каждого человека, который тот защищает от вторжения других людей.

Нейроны, кодирующие периперсональное пространство, могут также играть центральную роль в схеме тела^[44] — внутренне рассчитываемой модели тела, существование которой впервые предложили Хэд и Холмс в 1911 году^[45].

В своей книге 2018 года «The Spaces Between Us: A Story of Neuroscience, Evolution, and Human Nature» Грациано развил эти идеи, предложив концепцию «периперсонального запаса прочности» (peripersonal margin of safety) — защитного буфера вокруг тела, который имеет решающее значение для социального дистанцирования и самосознания^[46].

В более поздних работах, включая главу в сборнике «The world at our fingertips» (2021)^[47] и статью в журнале Evolutionary Human Sciences (2022)^[48], Грациано сформулировал «Теорию защитной мимикрии» (Defensive Mimicry Theory). Согласно этой теории, широкий спектр человеческих эмоциональных проявлений, таких как улыбка, смех и плач, эволюционно произошёл от преувеличенной имитации быстрых защитных рефлексов^[48]. Поскольку защитные рефлексы непроизвольно сообщают о внутреннем состоянии, способность имитировать их могла дать эволюционное преимущество в манипулировании поведением других особей^[48].

В 2000-е годы лаборатория Грациано получила данные, свидетельствующие о том, что двигательная кора головного мозга может не содержать простую карту мышц тела, подобную классическим описаниям вроде описанной Пенфилдом карты двигательного гомункулуса^[49]. Вместо этого двигательная кора может содержать сопоставление согласованных, поведенчески полезных действий, образующих репертуар типичных движений.

В своих первоначальных экспериментах, Грациано и его коллеги использовали мироэлектростимуляцию двигательной коры обезьян. Большинство предшествующих протоколов исследований двигательной коры использовали очень короткую стимуляцию, длящуюся, например, сотую долю секунды. Грациано применял стимуляцию длительностью полсекунды каждый раз с периодичностью, соотнесённой с поведенческой шкалой времени, для того, чтобы соответствовать типичной продолжительности движений обезьяны, когда она тянется и хватает. Последовательность более длительных стимуляций в экспериментах Грациано вызывала сложные движения, использующие множество суставов и напоминающие движения из поведенческого репертуара животного.

Например, стимуляция одного участка всегда вызывала закрытие ладони, приведение руки ко рту и открывание рта. Стимуляция другого участка всегда вызывала раскрытие ладони, разворот ладони и отведение руки, как если бы обезьяна потянулась, чтобы схватить объект. Стимуляция других участков вызывала другие сложные движения. Поведенческий репертуар животного оказывается отображён на поверхность коры.

Эта начальная работа стала спорной из-за применённого метода стимуляции в поведенчески значимом временном масштабе. Такой метод обычно не использовался при изучении двигательной коры^[50], хотя он применялся при исследовании других областей мозга. Этот спорный момент может отчасти отвлечь от других методов исследования моторной карты. Например, компьютерное моделирование показывает, что если репертуар сложных движений обезьяны организовать в виде уплощённой карты, где подобные движения находятся рядом друг с другом, карта становится похожа на ранее известную организацию двигательной коры обезьяны.

По предположению Грациано, многие сложности строения моторной коры, такие как перекрывающиеся карты тела и множества его участков с несколько различающимися наборами свойств, могут быть результатом представления различных частей двигательного репертуара, каждой со своими специализированными вычислительными требованиями. Грациано предполагает, что его представление о карте действий не противоречит более традиционному представлению двигательной коры в виде набора полей с различными функциями. Наоборот, карта действий может помочь объяснить, почему двигательная кора разделена на функционально различающиеся области и чем обусловлено расположение полей в пространстве.

Другие исследователи с тех пор нашли подобную этологическую организацию двигательных областей коры у обезьян, полуобезьян, кошек и крыс^[51].^[52][53]

В 2016 году Грациано опубликовал ключевую обзорную статью Ethological Action Maps: A Paradigm Shift for the Motor Cortex (в переводе — «Этологические карты действий: смена парадигмы для моторной коры») в журнале Trends in Cognitive Sciences. В ней он подытожил свои исследования и охарактеризовал этот подход как «смену парадигмы», отметив, что концепция к тому времени получила подтверждение в экспериментах на приматах, мышах и крысах с использованием новых методов^[54].

С 2010 года лаборатория Грациано изучала нейробиологические основы сознания. Грациано^[55] предположил, что специализированный аппарат в головном мозге высчитывает функцию осознания и приписывает её другим людям в социальном контексте. В соответствии с этой гипотезой, тот же аппарат приписывает наличие функции осознания самому индивиду. Повреждение этого аппарата ведёт к нарушению самоосознания.

Предложенная «теория схемы внимания» была продиктована двумя результатами предыдущих исследований.

Во-первых, некоторые регионы коры мобилизуются в процессе социального восприятия, когда человек выстраивает модели сознания других людей^[56].^{[57][58][59][60][61][62][63]} К таким регионам относятся, помимо прочего, верхняя височная борозда и височно-теменной узел обоих полушарий, но с сильным перевесом на правое полушарие.

Во-вторых, когда эти же области коры головного мозга повреждены, пациенты страдают от катастрофического разрушения собственного осознания событий и окружающих предметов. Клинический синдром одностороннего пространственного игнорирования, то есть потеря осознания одной стороны пространства, особенно глубоко проявляющаяся после повреждения верхней височной борозды или височно-теменного узла правого полушария^[64].^[65]

Эти идеи были подробно изложены в книге Грациано «Сознание и социальный мозг» (Consciousness and the Social Brain), опубликованной в 2013 году. В ней он сформулировал теорию схемы внимания (Attention Schema Theory, AST), которая предлагает механистическое объяснение субъективного осознания.

Согласно AST, для эффективного контроля внимания мозг строит его упрощённую, дескриптивную модель — «схему внимания»^[66]. Эта модель функционирует аналогично «схеме тела» (body schema), которую мозг использует для отслеживания положения конечностей и управления движениями. Схема внимания, однако, моделирует не физический объект, а сам процесс внимания — состояние, в котором некоторые сигналы в мозге обрабатываются более глубоко, чем другие^[67]. Ключевой тезис теории заключается в том, что эта модель является неполной: она описывает внимание, но не содержит информации о своих собственных нейронных и физических деталях. В результате, когда мозг обращается к этой схеме, он получает информацию о состоянии, которое лишено физических атрибутов, и приходит к выводу о наличии у него нематериального субъективного осознания^[66].

В последующих работах Грациано развил эту теорию, предположив, что она может стать основой для создания искусственного сознания. Машина, оснащённая моделью собственного процесса обработки информации, аналогичной схеме внимания, будет утверждать, что обладает сознанием, и вести себя соответствующим образом^[68][69]. Таким образом, сознание в рамках AST — это не загадочное свойство, а вычислительный процесс, основанный на способности мозга моделировать не только окружающий мир и собственное тело, но и свои внутренние когнитивные процессы, такие как внимание^[67].

Некоторые бывшие сотрудники лаборатории Грациано продолжили научную карьеру и руководят собственными исследовательскими проектами. Среди них:

• Арвид Гутерштам (Arvid Guterstam) — руководит исследовательской группой в Каролинском институте в Швеции, где изучает социальные аспекты функционирования мозга. Шведский фонд стратегических исследований (SSF) назвал его «Будущим лидером исследований»^[70].
• Кайса Игельстрём (Kajsa Igelström) — доцент Линчёпингского университета в Швеции^[71]. Её исследования посвящены функциям мозга, связанным с аутизмом и СДВГ^[72]. Основала проект «Extraordinary Brains» («Выдающийся мозг»), связывающий нейробиологические исследования с общественным опытом. Работа Игельстрём частично основана на личном опыте, так как она сама получила диагноз аутизм во взрослом возрасте^[73].
• Дилан Кук (Dylan Cooke) — доцент Университета Саймона Фрейзера в Канаде, где руководит лабораторией сенсомоторной нейропластичности. Его исследования посвящены изучению индивидуальных различий в организации мозга^[74].
• Тейлор Уэбб (Taylor Webb) — постдокторант в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA), защитивший диссертацию под руководством Грациано^[75]. Ранее работал в Microsoft Research. Его работа включает использование моделей нейронных сетей для изучения высших когнитивных процессов, таких как логическое мышление и метапознание^[76].
• Тайсон Афлало (Tyson Aflalo) — соучредитель и научный директор (CSO) в компании Forest Neurotech. Ранее занимал должность исполнительного директора в Центре интерфейсов «мозг-машина» Чена в Калтехе^[77]. Его работа сосредоточена на создании интерфейсов «мозг-компьютер» для парализованных людей^[78].

Грациано публикует научно-популярные и художественные романы под своим именем, а книги для детей — под псевдонимом Б. Б. Вёрдж (B. B. Wurge). По его словам, использование псевдонима позволяет избежать путаницы, чтобы дети случайно не прочли его книги для взрослой аудитории. Он также является композитором и публикует свои музыкальные произведения.

• Научно-популярные книги
  • The Intelligent Movement Machine (2008)
  • God, Soul, Mind, Brain: A Neuroscientist’s Reflections on the Spirit World (2010)
  • Consciousness and the Social Brain (2013)
  • The Spaces Between Us: A Story of Neuroscience, Evolution, and Human Nature (2018)^[79]
  • Rethinking Consciousness: A Scientific Theory of Subjective Experience (2019)^[80] (в русском переводе — «Наука сознания. Современная теория субъективного опыта», 2020^[81])

• Художественные романы
  • The Love Song of Monkey (2008)
  • Cretaceous Dawn (2008)^[82]
  • The Divine Farce (2009)
  • Death My Own Way (2012)

• Детские романы (под псевдонимом Б. Б. Вёрдж)
  • Billy and the Birdfrogs (2008)
  • Squiggle (2009)
  • The Last Notebook of Leonardo (2010)

• Музыкальные издания
  • Three Modern Symphonies (2011)
  • Symphonies 4, 5, and 6 (2012)
  • Five String Quartets (2012)

• Майкл Грациано. Наука сознания. Современная теория субъективного опыта = Michael S. A. Graziano. Rethinking Consciousness: A Scientific Theory of Subjective Experience. — М.: Альпина нон-фикшн, 2021. — 254 с. — (Книги Политеха). — ISBN 978-5-00139-208-8.