Одним из самых главных научных вопросов Человечества, считается вопрос: «Что такое сознание?». Как Человек думает, принимает решения, как происходит мышление, анализ и интерпретация различных внешних раздражителей и т.д. Ответы на эти вопросы, а также что такое сознание, главный вопрос жизни, вселенной и всего такого под катом.
42
Рефлексом принято считать ответ на раздражитель и это понятие довольно-таки простое. Оно было введено Рене Декартом еще в XVII веке нашей эры. Декарт представил нервную систему как некую гидравлическую конструкцию с «нервными трубками», которые заполнены «животными духами», при воздействии на которые они перемещались сначала в мозг, а затем, отразившись также двигаясь по трубкам, действовали на мышцы, заставляя их сжиматься подобно гидравлическим исполнительным механизмами. Слово рефлекс с латинского языка означает отраженный, и его суть хорошо отражается в следующей схеме, которая до сих пор сохраняет свою актуальность.
Раздражители воздействуют на рецепторы органов чувств, рецепторы интерпретируют эти воздействия в нервные импульсы, сигналы, поступающие в центральную нервную систему (ЦНС), мозг, где обрабатываются соответствующими цепочками нейронов (отражаются) и далее происходит соответствующий рефлекторный ответ, сокращение мышцы или секреция желёз.
Но данной схемы оказалось недостаточно для объяснения многих форм целенаправленного поведения. Ведь здесь логичным будет заявление о том, что если мы прекратим подачу раздражителей, то и прекратиться нервная деятельность. Для животных с относительно простой нервной системой это справедливо, к примеру, если лягушке перерезать восходящие нервные пути, то её мозг как бы погрузится в сон, и не будет генерировать никакой нервной активности. Но если то же самое сделать с кошкой, то есть вероятность обнаружения нервной активности приводящей, к примеру, к хождению.
На людях операции по частичному перерезанию спинного мозга с целью проверки гипотез Декарта не делались по этическим соображениям, но американский психолог Тимоти Лири проводил эксперименты в специальных депривационных камерах. Камера сенсорной депривации Лири представляла собой ванну со специальным солевым раствором, который поддерживал на плаву тело подопытного. Камера была изолирована от внешних звуков и света, температура раствора регулировалась и подбиралась с учётом температуры тела. Об ощущениях пребывания в такой камере писал в своей автобиографической книге: «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!», американский учёный в области физики Ричард Филлипс Фейнман. Обычно Ричард засыпал, но бывало, что он переживал некий опыт внетелесного пребывания. В общем, о полном прекращении нервной деятельности в случае отсутствия раздражителей говорить нельзя.
Значит, схема Декарта неверна и существует нечто, что выше рефлекторной деятельности, некое мышление, или мыслительный процесс. – Нет! Она верна, просто её нужно немного дополнить.
Во-первых, в схеме Декарта не учтено наличие потребностей и эмоциональных механизмов. К примеру, пищевой голод может вызвать активность соответствующих «клеток требования» и их активность может привести к активизации определённых рефлексов, которые приводили бы к целенаправленным действиям по удовлетворению потребности в пище. Наши потребности это источник активных действий, которые зарождается в самой центральной нервной системе. Нервные клетки с рецепторами, реагирующими на лептин и его отсутствие, находятся на одном из отделов ЦНС гипоталамусе. Лептин вырабатывается жировыми клетками и является индикатором уровня питательных веществ в арготизме. Поэтому если мы изолируем ЦНС от тела, активность в ней возникнет и по причине отсутствия лептина.
Потребность в новизне вообще не затрагивает периферию и уровень активности соответствующих «клеток требования» зависит от характера активности в самой центральной нервной системе, что создает источник активности направленной на поиск новой информации, изучению новых материалов, чтению книг или елозанию пальцем по экрану телефона и планшета.
Активность клеток требования не удовлетворяемых потребностей, можно использовать – это называется сублимацией. В частности, Зигмунд Фрейд описывал сублимацию как перенаправление сексуальной энергии в полезное русло. Некоторым творческим личностям приписывается высокая творческая продуктивность благодаря использованию нервной активности черпанной из неудовлетворенных потребностей или несбиваемых болей.
Во-вторых, нервная система обладает уникальным свойством – памятью. Мы знаем, что это не просто записанная где-то информация, а некая перестройка системы. Можно сказать, что с каждой новым внешним обрабатываемым сигналом мы имеем дело с новой системой. Как сказал бы Гераклит: «В одну реку нельзя войти дважды». Поэтому обязательно при описании нервной системы необходимо учитывать фактор времени. Рефлекс – это не только ответ на раздражитель, это ответ на раздражитель с учетом всей истории полученных раздражителей. К примеру, у нас есть два близнеца их нервные системы, по своей структуре очень схожи, но в процессе взросления к одному обращались по имени – Николай, к другому – Пётр. Если мы воздействуем на их нервные системы одинаковым раздражителем, вопросом: «Как тебя зовут?», то получим различные ответные действия, ответы: «Николай» или «Пётр» соответственно. История полученных данных, как от внешних раздражителей, так и от сигналов организма, а также начальные настройки системы определяют какой ответ на раздражитель, будет выдавать нервная система в данный момент времени.
В-третьих, генераторы. Именно генераторы играют главную роль в процессах мышления. Генератор – это цепочка нейронов, в которой происходит циклическая передача нервного возбуждения. Генератор как бы аккумулирует в себе возбуждение и может быть его источником. К примеру, центральный генератор упорядоченной активности (ЦГУА), подающий ритмические упорядоченные моторные сигналы без обратной связи.
Реализация генератора в симуляторе нервной системы:
Схема простого генератора:
Генератор представляет собой замкнутый контур цепочки нейронов. Запуск генератора происходит от активации рецептора «Q», а его остановка рецептором «W» через ингибирующий нейрон, который тормозит возникновение возбуждения в одном из нейронов цепочки. Такой замкнутый контур может быть источником возбуждения. Данная нейронная сеть иллюстрирует простой рефлекторный акт, но при этом в период активации генератора возникают некоторые действия без раздражителей.
Что это, уже не рефлекс или еще не мышление? Некоторые исследователи предпочитают называть явления связанные с аккумуляцией нервной активности мышлением, но для меня термин рефлекс менее абстрактен, он хотя бы подразумевают передачу возбуждения от нервных клеток к клеткам. Поэтому мы будем использовать термин рефлекс и рефлекторный акт, подразумевая, что для выполнения рефлекса не всегда требуется раздражитель и генератор может быть источником возбуждения.
Генераторы появились в нервных системах эволюционно очень рано, в основном они используются для генерации циклических сокращений мышц при передвижении и выполнения некоторых вегетативных функций.
У обычного таракана существуют два режима локомоций (перемещение в пространстве): неспешная прогулка и бег. Когда таракан находится в поиске пищи и изучении окружающего пространства он неспешно перебирает своими ножками, а источником циклической нервной активности для этих действий может служить цепочка нейронов – генератор, подпитываемая клетками требования пищевого голода (Q). Отключением этой цепочки может служить ингибирующее влияние анализаторов рецепторов таракана, если рецепторы указывают на наличие пищи, то не стоит проходить мимо (W). В случае опасности таракан может выбрать более быстрый режим перемещения. Включённый свет на кухне среди ночи будет являться раздражителем для включения цепочки нейронов бега ®. В приведённой схеме для переключения используется модулируемый нейроэлемент (зелёный), его активность указывает на состояние паники или стресса у таракана. По окончании модулирующего действия или воздействия других благоприятных факторов неравная система таракана переключается обратно в режим «неспешной прогулки» (F).
Конечно, данная схема лишь демонстрирует некоторые принципы организации биологических нейронных сетей и не является интерпретацией нервной системы таракана. Нервная система таракана в значительной степени более сложная насчитывающая в себе сотни тысяч нейронов и, конечно же, обладает большей вариативностью поведения.
Четвероногие млекопитающие увеличили количество вариантов аллюра по сравнению с насекомыми вдвое. В приведенном примере смена видов походок происходит с помощью двух раздражителей «R» и «F», причем переход с «Прогулки» на «Рысь», «Аллюр» и затем «Галоп» происходит при повторной активации раздражителя «R», а для обратного порядка «F», своеобразное повышение и понижение передачи. Конечно, такое сложное действие как хождение нельзя сводить к односторонним сигналам, посылаемым к конечностям. Каждая конечность управляется группой мышц разгибателей и сгибателей в свою очередь каждая мышца подразделяется на отдельные моторные единицы и всем нужно подавать свои согласованные сигналы. Так же существует обратная связь, которая нужна для корректировки команд в случае усталости мышц или получения повреждения. Теоретически эту модель, возможно, усложнять до бесконечности приближаясь к биологическому аналогу.
Помимо заложенных в цепочках нейронов программ моторных движений у млекопитающих есть отдельный нервный центр позволяющий корректировать и более точно координировать работу двигательных единиц – это мозжечок.
Самое удивительное в приведённом примере то, что мы можем переключать режимы генерации сигналов, используя лишь модулирующие свойства нейронов. Логика построения подобных нейронных сетей может быть любая, как инженер я отталкивался от идеи нейрон-транзистор, изначально у модулируемого нейрона очень высокий порог, а значит, он практически не пропускает сигналы, действие модулирующего синапса с понижением порога подобно действию базы в транзисторе. Промодулировав порог нейрона на снижение мы открываем проход для сигналов от синапсов прямого действия на время пока действует эффект модуляции или пока мы не окажем модулирующее действие к повышению порога. Для представленной схемы достаточно было использовать три таких нейронов-транзисторов.
В своё время появление транзисторов в электротехнике породило неограниченные возможности в построении систем с функционалом любой сложности, подобный инструмент был и в арсенале эволюции.
Из наблюдения за поведением животных явно следует, что в нервной системе должна присутствовать возможность переключения между различными схемами поведения, запечатленными в цепочках нейронов. К примеру, самцы сумчатой мыши (лат. Antechinus) в период спаривания (раз в год) кардинально меняют своё поведение. Игнорируя потребность в еде, воде и без экономии сил находятся в поисках самок или спариваются на протяжении от 6 до 12 часов, а после этого истратив все силы, погибают. Это возможно благодаря модулирующим свойствам нейронов и синапсов. Действие определенной комбинации гормонов оказало модулирующее действие на цепочку-переключатель нейронов в нервной системе мыши, благодаря чему на прежние раздражители мышь стала реагировать иначе, в данном случае стала полностью игнорировать другие свои потребности кроме как потребность в размножении.
Модуляция работает и при смене нашего настроения и при управлении концентрацией и вниманием. Если Ваша нервная система будет промодулирована активностью дофаминовых нейронов вентральной области покрышки, то настроение будет положительным и будет возможность радоваться жизни, двигаться и изучать что-то новое, в противном случае Вам не захочется даже пошевелиться.
Рефлекс становиться всё более сложным понятием: генераторы, память, потребности и переключатели – неужели только такая простая вещь может стоять за величием Человеческого мышления, сознания способное познавать окружающий мир и самого себя и своё место в этом мире.
Чтобы погружаться дальше в ответ на самый главный вопрос мы рассмотрим механизмы работы нервной системы с образами.
Образ в нервной системе это активность вполне конкретных нейронов, в статье посвящённой памяти мы увидели, как происходит самоорганизация, и специализация нервных клеток, в основе которой лежит взаимопритяжение возбуждения нервной ткани. Роль, которую выберет для себя нейрон, определяется его местоположением, а если учесть то, что пластичность нервной ткани ниже абсолютной то, и историей обработанных данных окружающих его областей. Важно положение относительно источников возбуждения, они будут являться отражением понятия «признак».
Признак или совокупность признаков после обработки приводят к формированию или активации образа. Образ в свою очередь может сформировать сигнал, который будет являться признаком, приводящим к запуску другого образа. Следовательно, можно говорить о некой иерархии образов и можно выделить уровни образности или абстрактности. Каждый последующий уровень абстрактности будет всё в меньшей степени привязан к активности определённых рецепторов органов восприятия. Можно сопоставить уровни абстрактности с разбиением различных областей коры как анализаторов образов различной сложности.
Признаки могут принадлежать сразу нескольким различным образам, и решающим условием активации того или иного образа является исключительные комбинации признаков, с учётом взаимной конкуренции схожих образов. Зачастую для формирования образа требуется участие признаков различного характера, к примеру, для зрительного распознавания объектов нашим мозгом требуется использовать команды, посылаемые на мышцы управляющие положением глаз, как признаки, наряду с некоторыми несложными образами.
Люди, которые занимаются рисованием, знают, что очень сложно нарисовать портрет не нарушив положение элементов лица, мало того, что мы видим лицо, которое рисуем как совокупность отдельных образов, так и рисованное нами лицо воспринимается также. Поэтому в школах рисования рекомендуют изначально создать некий контур, скелет из тонких линий который будет определять положение элементов лица.
Существуют повреждения мозга, при которых люди не могут распознать объекты целиком, воспринимая только отдельные признаки. В книге «Человек, который принял жену за шляпу» Оливер Сакс американский невролог и писатель описывает подобные патологии.
Совокупность признаков как образов элементов лица, а размер саккад как оценка расстояния и положения этих элементов позволяет объяснить, почему мы легко узнаем искаженные или карикатурные лица.
Вытяните руку перед собой и выставите большой палец вверх, область диаметром не более вашего большого пальца соответствует зрительной области, которая воспринимается достаточно чётко для нашей зрительной системы, остальная периферия, можно сказать, воспринимается с низкой чёткостью, размыто. Но мы ощущаем, что зрительная область нашего восприятия значительно более широкая, это происходит не только благодаря саккадам, но способностью нашего мозга, в частности зрительного анализатора «склеивать» воспринимаемые образы. Нарушение в работе данной функции мозга делает людей в быту практически слепыми.
24 кадра в секунду скорость стандартной кинопроекции, обусловленная не способностью нашего восприятия уловить смену кадров при такой скорости. Наш мозг обрабатывает информацию не дискретными порциями, а в непрерывном потоке. При условии, что для каждого этапа обработки информации требуется затратить определённое время возникает ситуация при которой информационные потоки разной степени актуальности могут обрабатываться совместно. К примеру, область под названием V5 (MT) средне-височная кора получает информацию в форме некоторых признаков сразу от трех областей V1, V2 и V3 первичной зрительной обработки информации, которая обрабатывается в этих областях последовательно. Соответственно самой актуальной информацией попадающей в средне-височную кору является та информация, которая поступает от области V1, а информация от областей V2 и V3 была актуальна некоторое время ранее. Если информация поступаемся от трех областей мозга, будет отличаться определенным образом и при этом не было команды на саккаду, то можно говорить о возможном перемещении объекта, но если движение глаз было, то можно составить представление о форме объекта. Также областью V5 можно оценить новизну зрительной информации, если информация статична в тех областях, то пора делать новое движение глаз.
Наша система зрительного восприятия основана сразу на нескольких методах работающих параллельно, одни методы быстры, но неточны, другие более качественные, но требующие времени на сбор признаков в форме концентрации взгляда на детали объекта.
Пример со зрительной областью V5 показывает то, как мозг может работать с контекстом, но здесь речь идет всего лишь о долях секунд пока возбуждение распространяется по коре. В нервной системе существует очень простой механизм, который позволяет оставить «след» информации, которая была обработана, для использования её в последующей обработке как контекст.
Соблазнительно думать, что обработка информации в нервной системе идет последовательно от области к области и сигнал не возвращается к своему источнику, но в действительности структура и строение мозга указывает на обратное. К примеру, все сенсорные пути проходят через таламус, через таламические ядра, прежде чем попасть в кору, практически все клетки (90%) таламуса посылающие сигнал к коре получают обратный сигнал. И такая тенденция характерна для всего мозга, зрительный анализатор V1 имеет обратную связь с областью V2 и так далее по иерархии, так же гипоталамус связан с поясной извилиной. Это породило теорию реверберации импульсов как механизм временной памяти. На мой взгляд, она верна только отчасти. Генераторы могут быть элементами моментальной памяти, той памяти, которая требуется при выполнении элементарных действий, таких как набор номера телефона пока мы его слышим. Моментальная память длиться от нескольких секунд до нескольких минут, причём реверберации в префронтальной коре, или между передней частью поясной извилины и префронтальной корой самые продолжительные, до нескольких минут, а реверберации между таламусом и областями коры, анализирующими сенсорную информацию, длятся доли секунд или секунды, выше по уровням абстрактности это время будет увеличиваться. Именно реверберации и создают ритмы головного мозга своей совокупной работой.
Главное чтобы генератор заработал как ячейка памяти это наличие латерального ингибирования. Латеральное ингибирование (боковое торможение) еще один механизм, который распространен в нервной системе повсеместно, начиная от сетчатки глаза и других сенсорных систем и заканчивая ганглиями и корой. Эта система позволяет нам видеть чётче и острее, выделять важные звуки из шума и не спутывать образы. На gif'е выше показан пример из четырех элементов-генераторов, работа каждого генератора подавляет активность в трех других. Как видно это прекрасно работает, причем не происходит никаких изменений в синапсах и вообще в структуре сети, но мы можем точно сказать какой из четырех сигналов был активирован последним.
Теперь представьте сенсорную карту на коре разбитую на кортикальные колонки, каждая колонка воздействует на своих соседей латеральным торможением. Это кора получает сложный рисунок активности от рецепторного поля органа чувств через таламическое ядро, происходит реверберация, в процессе которой этот рисунок видоизменяется. Слабые и нетипичные сигналы подавляются, а формируется более типичная форма образа для данной комбинации признаков, это можно сравнить с тем как происходят вычисления в рекуррентных сетях, но несколько проще.
Рисунок активных контуров возбуждения будет достаточно стабилен, если последующие сигналы от рецепторного поля будут незначительно отличаться. Удивительно насколько в нервной системе всё взаимосвязано, один механизм переплетён с другим, и элемент памяти может являться и элементом обработки информации. И только комплексное представление всей системы целиком даёт более точный смысл отдельных её механизмов.
Еще один очень важный контур передачи в нервной системе это круг Пейпеца (переднее ядро таламуса – поясная извилина – гиппокамп – опять таламус), этот контур тесно взаимодействует с эмоциональными центрами остальной части лимбической системы. Отличительную особенность ему даёт гиппокамп в котором обнаруживается самая большая концентрация нейронов с долговременной потенциацией. Долговременная потенциация – это усиление эффективности синаптической передачи между нейронами на некоторое время от нескольких минут, часов или даже дней. Это усиление происходит вследствие выбивания магниевых пробок из определённых рецепторов на постсинаптической мембране, что бы это произошло необходимо неоднократное частое прохождение потенциала действия по мембране нейрона. Можно сказать, что вовлекаясь в реверберацию нейрон гиппокампа становиться чувствительней, и ему требуется меньшее воздействие для активации на определённое время. В свою очередь нейроны поясной извилины, как и другая основная масса нейронов, подчинены принципам привыкания при длительной частой активации их чувствительность снижается на некоторое время. Если один элемент контура прекращает отвечать на сигнал то и прекращается реверберация. Гиппокамп отвечает за временную эксплицитную память, которая отражается в долговременной потенциации его нейронов. Эту память мы используем в течение всего дня, а в процессе сна происходит дополнительный «прогон» контуров передачи возбуждения помеченных долговременной потенциацией.
Круг Пейпеца находится в тесном взаимодействии с эмоциональными центрами, эти центры определяют, на какую информацию гиппокамп будет реагировать острее, модулируя чувствительность его нейронов.
По всей видимости, в процессе эволюции центральный генератор упорядоченной активности (ЦГУА) такой как у простого таракана усложнялся, добавлялось всё больше контуров передачи возбуждения, добавлялись условия взаимодействия между генераторами, добавлялись разветвления и увеличивался периметр и таким образом формировался венец творения природы – человеческий мозг. Как и прежде описанные процессы можно назвать рефлекторной деятельностью, хотя архитектура рефлекса значительно усложнилась, но всё равно она поддаётся систематическому описанию и теоретически моделированию.
Существует уникальный для мозга Человека генератор – это речевой круг.
Речевой круг – это контур передачи информации от сенсоров слуха и внутримышечной чувствительности к областям-анализаторам речи коры мозга, затем к областям воспроизведения речи, далее к мышцам речевого аппарата, и в свою очередь работа речевого аппарата активизирует определённые сенсорные системы, причём в процессе циркуляции информации происходит её постоянная модификация.
Упрощенный вариант:
Слух (1), Внутримышечная чувствительность (5) > Вернике (8) > Брока (9) > Активность мышц (5)
В процессе произношения речи вслух активируются две сенсорные системы – это слух(1) и внутримышечная чувствительность мышц речевого аппарата(5). Причём эти две системы фактически интерпретируют одну и туже информацию синхронно.
Вся сенсорная информация проходит через область в мозге – таламус(2). Таламус – это скопление нервных узлов или таламических ядер, представляющих собой группы и скопления нейронов. Человеческий таламус это симметричное образование имеющий от 40 до 60 ядер. Таламус не просто передает информацию далее к высшим отделам мозга, а выполняет важную роль во внимании и концентрации, он подобно привратнику стоит на входе потока информации и оценивает, что из этого следует допустить к высшему руководству, а что проигнорировать. Именно на уровне таламуса активно происходят явления привыкания для нейронов, т.е. однотипный и повторяющийся сигнал будет вызывать привыкание в определенных нейронах таламуса, чем приводить к снижению восприятия этого сигнала на более высоком уровне. Нервная система так устроена, что она корректно работает только на определённом уровне активности мозга, поэтому между таламическими ядрами работает взаимное модулирующее ингибирование, что формирует механизм концентрации внимания. Сосредоточенность, к примеру, на слухе может подавлять тактильные ощущения. Природная чувствительность нейронов таламуса к привыканию может говорить о неусидчивости и неспособности к длительной концентрации, таламус неминуемо переключает внимание – это защитный механизм от перенапряжения нервной ткани. Внимание в таламусе регулируется двумя путями: «снизу вверх» и «сверху вниз». Путь «снизу вверх» заложен в животных от рождения, Нас неминуемо привлекает громкие звуки, новые звуки, болевые ощущения, неприятные запахи и т.д. Эти сигналы связанны с рефлекторными актами, которые увеличивают (модулируют) чувствительность соответствующих таламических ядер. Путь «сверху вниз» — это зачастую более слабое управление вниманием и осуществляется оно от префронтальной коры(10). Мы можем посредством своих желаний и своей воли сконцентрироваться на определённых органах чувств и даже на определённом участке кожи, но при этом громкий звук всё равно переключит наше внимание. Конечно, всё поддается тренировке и известны практики, которые позволяют развить управление вниманием.
Уже на уровне таламуса информации может быть дана эмоциональная оценка, которая заложена генетически, к примеру, громкий и неожиданный звук может промодулировать миндалину и вызвать чувство страха. Нам инстинктивно неприятен крик и плачь ребёнка, а заливной смех ребёнка непременно вызывает чувство радости.
После таламуса (2) информационные пути распределяются между соответствующими областями-представителями коры, информация от органов слуха попадает в слуховую кору (3), а от внутримышечных рецепторов в сенсорную кору (6). В этих областях формируются образы первичных уровней абстрактности, далее части этих образов сливаются в ассоциативную кору (4) сюда же и добавляется копии образов команд от моторной коры (7) к мышцам речевого аппарата, всё эти образы будут являться признаками для нового образа, который будет передан в область Вернике (8).
Область Вернике (8) ответственна за восприятие речи. Человек с повреждением области Вернике может обладать прекрасным слухом и распознавать и различать различные звуки, но не способен понять речь, в том числе и собственную. Как говорилось ранее две сенсорные системы слух, и внутримышечная чувствительность синхронно формируют образы, интерпретирующие одну и туже информацию, но воспринимается полем Вернике суммарный образ от двух систем, точнее трех следует добавить и копии команд от моторной коры к мышцам речевого аппарата. Если сенсорная информация от слуха прекратиться, а останется только чувствительность мышц, то поле Вернике всё равно будет «слышать» эту речь, ассоциативная связь этих получаемых образов очень крепка и для ассоциативной коры уже не имеет значения, какие именно признаки будут формировать образ.
Человек постоянно ведет монолог «про себя» – это явление называется внутренней речью, её особенностью является то, что мышцы речевого аппарат совершают очень слабые сокращения, не приводящие к произнесению звуков и вообще видимым движениям, но достаточны для фиксации этих сокращений внутримышечным рецепторами. Между полем Вернике (8) и ассоциативной корой (4) возникают реверберации, которые и дают некоторый контекст информации и ассоциативные связи.
Образы поля Вернике (8) как признаки передаются области Брока (9) посредством дугового пучка – нервного скопления. Поле Брока (9) – область коры мозга ответственная за воспроизведение речи. При повреждении области Брока человек может прекрасно понимать чужую речь, но при попытках говорить вместо речи воспроизводятся нечленораздельные звуки, или существует возможность воспроизведения только одного слова. Но поле Брока имеет значение и при восприятии звука, что отражается при тяжелом поражении области. Контур: поле Брока (9), моторная кора (7), ассоциативная кора (4) и поле Вернике (8) важен для формирования цепочек звуков формирующих слова, в свою очередь цепочки слов формируют фразы и предложения.
В процессе осмысленной речи поле Брока (9) вовлекается в реверберации с префронтальной корой (10). Префротальная кора (10) очень обширная область коры головного мозга, именно она ответственна за осмысления, происходящего в данный момент времени. Реверберации с участием префронталной коры и в ней самой определяют моментальную память, ту память о информации которая необходима в процессе выполнения конкретных действий пока мы держим их в поле своего внимания, примерно в течение нескольких минут. Помимо этого нашу префронтальную кору (10) можно назвать Великим подавителем, активность этой области может оказывать ингибирующее действие на эмоциональные центры, чем снижать их влияние на наше поведение.
Повреждение префронтальной коры (10) делает человека более импульсивным, делает его подвластным порокам и действия становятся менее обдуманными и рассудительными. Можно сказать, что только благодаря постоянной активности префронтальной коры мы не подчиняемся первому зову наших потребностей, к примеру, желанию опорожнить мочевой пузырь, находясь на важном заседании, а позволит нам досидеть до конца и сделать все дела в правильном месте. Управление эмоциональными центрами позволяет, и определять какая информация будет сохраняться и обрабатывается в кругу Пейпеца (13). Обратите внимание, что информация от таламуса (2) попадает не только в области-анализаторы, но и в поясную извилину здесь интересная и полезная информация по оценке эмоциональных центров сохраняется на более длительное время.
Основной контур речевого круга при внутренней речи начинается с мышц речевого аппарата (5), далее таламус (2), сенсорная кора (6), ассоциативная кора (4), поле Вернике (8), затем поле Брока (9). Брока в свою очередь «общается» с префронтальной корой (10) и посылает команды моторной коре (7). Моторная кора (7) посылает команды базальным ганглиям (11) и копию этих команд (12) мозжечку. Мозжечок (12) корректирует команды моторной коры, деля работу моторных единиц более слаженной и координированной во времени. Повреждение мозжечка может приводить к замедлению речи, так как формирование моторного действия становиться более сложной задачей. Базальные ганглии формируют окончательную форму команды для мышц речевого аппарата (5).
Очень сложный генератор.
Важно отметить, что в речевом круге при внутренней речи присутствует «физическая основа» — мышечная активность. Это делает внутреннюю речь подвластной контролю, к примеру, во время сна происходит снижение уровня тонуса всех мышц, что лишает внутренний монолог обратной связи через мышечную чувствительность, поэтому возможен только малый контур (8, 9, 7, 4, 8). Без ведома префронтальной коры (10) в процессе сна, когда тормозящее действие на эмоциональные центры снижается, активируется круг Пейпеца (13) и запускает образы, которые в течение дня могли вызвать повышенную эмоциональную оценку, это и формирует сновидения. В своей работе «Толкование сновидений» Зигмунд Фрейд очень удачно и точно описал принцип сновидений. В основе видимых снов лежит простая фраза или предложение, которое имеет для нас весомое значение в момент засыпания, но мы её не слышим, а только видим интерпретируемые на её основе зрительные образы. Не редко без дополнительного контроля с помощью «физической основы» фраза может превратиться в бред.
В книге Вилейанура Рамачандрана «Мозг рассказывает. Что делает нас людьми» рассказывает о женщине рука, которой не обладала внутримышечной чувствительностью, видимо вследствие повреждения определённой области мозга. Это для неё не причиняло больших неудобств, иногда просто создавалось ощущение, что её рука находится, где то в другом месте, к примру, за спиной или где то в стороне. Такое ощущение прекращалось сразу после того как рука попадала в поле зрения, тогда всё ставало на свои места на некоторое время. Так же и с речью если не будет возможности обратной связи через органы чувств, то есть вероятность получить вместо осмысленного монолога генератор бреда, бесконтрольного блуждания очага возбуждения между областью Вернике и Брока.
Речь – это инструмент, позволяющий нам передавать и аккумулировать информацию, декларировать и планировать действия и события, благодаря этому инструменту Человек смог создать цивилизацию. Основная форма нашего мышления – это внутренняя речь, внутренний монолог и большую часть времени в этом монологе мы уделяем социальным взаимодействиям, прорабатывая предстоящие диалоги, или воображаемые диалоги, к примеру, мы едем домой с работы и можем прогнозировать, что скажем жене (супругу, маме, брату, другу) при встрече, что она (он) ответить, что мы ответим в ответ. И этими банальными и приземлёнными вещами занят наш ум постоянно, если Вы не мыслитель-философ, витающий в облаках. Речь позволяет нам декларировать – описывать все аспекты нашей жизни и не только, в некой системе знаков и смыслов. Попробуйте описать или спланировать свой день, используя только визуальные интерпретации (картинками) без каких либо символов и цифр, да еще так, чтобы другой человек Вас понял. Конечно, иногда достаточно одного изображения дивана, но если планов много и они подразумевают сложные социальные взаимодействия, то без системы позволяющей сделать это емко и четко не обойтись. Развитая речь является отличительной чертой Человека от животных, в остальном наш мозг и принципы его работы сходны с мозгом приматов, если не считать и более большое количество нейронов.
Теперь имея представления того как работает мозг и то как в этом мозгу формируется речь, мы можем ответить на вопрос: «Что такое сознание и где оно локализуется?».
Наша нервная система это единый целый механизм, который можно разбить на отдельные функциональные части. Выделить отдельные цепочки нейронов, нейронных сетей выполняющих определённую задачу, к примеру, можно выделить сенсорные анализаторы или как в примере выше цепочки-контура ответственные за речь. Эти функциональные нейронные сети я называю «личности», так как многое указывает на их определённую самостоятельность. Обычно эти личности в здоровой нервной системе обмениваются информацией, они информируют друг друга о том, что на данный момент они выполняют, о том, что на данный момент у них происходит. Это происходит за счёт большого числа связей между областями мозга. Личности действуют в кооперации, как будто это согласованная команда, никто не пытается идти против команды. И причина здесь просто в ассоциативном обучении, все, что происходит в одно время, объединяется и при большой информативности между личностями, а так же длительном совместном обучении так или иначе будет возникать слаженность в работе.
Схемы, сформированные нейронами и конфигурациями связей между ними в Человеческой нервной системе можно дробить на очень мелкие и простейшие, но мы выделим только несколько основных. Во-первых, возможно выделить сенсорные анализаторы, для различных типов сенсорных сигналов определяются свои структуры. Для зрительной информации — это зрительные бугры и затылочная часть коры больших полушарий. Слух – области в височных долях, сенсорная информация – это теменные области коры, вкус небольшой участок в «островке», обоняние – обонятельные луковицы и небольшой участок в височных областях. Задача этих нейронных сетей первичная обработка сенсорной информации, как результата работы формирование некого образа и передача его в ассоциативные области коры. Ассоциативная кора связывает разлитые образы, от анализаторов формируя на их основе свои образы, эта область ответственна за восприятие окружающего мира, именно она формирует целостность окружающей нас картины мира. Так же есть цепочки нейронов способные описывать, декларировать образы, сформированные ассоциативной корой, они локализованы в зонах Брока и Вернике, но речевые механизмы могут выходить за пределы этих областей. Область ответственной за принятие решений является префронтальная кора, наши мысли в форме внутренней речи – это реверберации между префронтальной корой и областью Брока. Далее можно выделить область ответственные за моторные действия, эти области подчинены некой иерархии, во главе моторная кора, далее базальные ганглии и мозжечок, и формирование базовых движений возможно в ретикулярной формации и спинном мозге. Но при этом нейронные сети в этих образованиях могут быть полностью самостоятельными, если нет команд свыше.
Подобно электрическим схемам, которые могут выполнять свои функции только при наличии электричества, биологические нейронные сети девствуют только при наличии нервного возбуждения. И здесь самое интересное! Это нервное возбуждение для нейронных схем лимитировано. Так уж сложилось, что мозг работает корректно только когда поддерживается определённый уровень единовременной активности нервной ткани, повышенная активность может привести к эпилептическому припадку, заниженная может погрузить мозг в сон. Уровень активности регулируется таламусом, посредством фильтра входящих сигналов, а так же механизмом латерального торможения/побуждения в коре и поддерживается на определённом уровне (диапазон достаточно широк). Таким образом, нервная активность в мозге является ресурсом, который распределяется среди нейронных схем. Конечно, это распределение неравномерно и зависит от функциональных особенностей, к примеру, зрительным анализаторам для обработки большого массива данных от рецепторов требуется большая часть нервного возбуждения как ресурса. Распределите нервного возбуждения среди префронтальной коры, ассоциативной коры и областей, ответственных за речь – это то, чем является наше «Я», наше сознание или фокус восприятия.
Рене Декарт искал, по крайней мере, одну структуру мозга, которая бы была непарной, и в результате решил, что это маленькая шишковидная железа (эпифиз) позади ствола головного мозга – является вместилищем души, так как считал душу чем-то неделимым. Многие психологи и философы издревле считают сознание целостным, неделимым и чем-то постоянным. Ведь эту иллюзию наш мозг создает крайне убедительно. Но оказалось, что эпифиз состоит из двух симметричных половинок, почти зеркальных друг по отношению к другу.
Сознание – это сущность подающиеся невероятному фрагментированию, вплоть до активности одного нейрона. В некоторых случаях нервная активность может быть сконцентрирована в определённых областях мозга, к примеру, при решении сложной логической задачи требуется сделать акцент на префронтальной коре, а при расслабленном бездействии возбуждение рассеянно распределено по всей коре. Когда мы ходим описать свои субъективные ощущения, фокус восприятия «смещается» к речевым областям, тем самым мы в совершенстве можем описать только «декларативное Я». Когда фокус восприятия сильно смещен к префронтальной коре, то сознание выходит из зоны речевого описания. Можно посчитать, что сознание – это то, что подчиняется внутреннему монологу, но многие решения мы принимаем без участия внутренней речи. Сознательным мы считаем то, что можем описать, а бессознательным то, что не подчиняется «декларативному Я».
Более наглядно разобраться в том какова природа сознания помогают разливного рода патологии в работе мозга.
Каллозотомия – это операция по рассечению мозолистого тела, область мозга, представляющая собой скопление нервных путей соединяющих два полушария мозга, позволяющая им обмениваться информацией. Данную операцию проводят с целью уменьшения следствий эпилептических припадков. Один из побочных эффектов операции – сидром чужой руки. В человеческом теле как будто заключено две личности управляющих разными половинами тела, причем, так как в левом полушарии заключены основные речевые центры (в большинстве случаев), а так же ему подконтрольна правая сторона тела, то отвечать на вопросы будет именно личность, управляющая правой рукой. Эта личность может жаловаться на несогласованные действия со стороны левой руки, которая может брать вещи, или совершать действия которые не входили в планы левого полушария. Это возникает по причине того, что личности перестали слышать друг друга, что приводит к рассогласованной работе нейронных сетей.
Еще одни пример. Апраксия – неврологическое состояние, характеризующиеся неспособностью выполнять целенаправленные движения, не смотря на то что человек знает, что от него требуется, хочет это сделать и обладает нужными физическими данными. Апраксия может возникнуть вследствие разрыва связи между областями ответственными за формирование моторных команд и областью ответственной за принятие решений, префронтальной корой.
Разрыв связи между зрительным анализатором и префронтальной корой может привести к видящей слепоте или корковой слепоте, при которой человек слеп, но при этом способен обходить препятствия, или с высокой вероятностью угадывать, в какую сторону движется мишень-точка при проведении экспериментов.
Рекомендую к просмотру выступление Джил Боулт Тейлор на конференции TED. В контексте вышеизложенного описываемая ей ситуация становится более яснее.
Мистические переживания ученого Джил Боулт Тейлор
Наш мозг искусно создает иллюзию внутреннего наблюдателя, да и вообще создает целый ряд иллюзий, в том числе даруя нам ощущение, что мы являемся специалистами в области знаний о сознании, так как им обладаем. Об этом еще одно выступление на конференции TED, но уже Дэна Деннета.
Дэн Деннет о нашем сознании
Подводя итоги можно сказать, что ответ на вопрос о сознании мы давно уже имеем, остаётся только его принять. Рефлекторная деятельность, речевой круг, реверберации и циркуляция нервного возбуждения давно известные явления, но очень заманчиво создать вокруг понятия сознания мистический ореол и бесконечно искать некой чудесной его трактовки.
P.S. Чем больше изучаешь мозг и нервную систему, тем больше поражаешься невероятным мастерством природы создавать системы, элементы которой столь взаимосвязаны. Один и тот же механизм может одновременно выполнять несколько функций, и все механизмы сплетены между собой, что приводит к необходимости обладания некой целостной картины работы мозга при изучении деталей. Когда я начал писать статью о сознании, то думал, что уложусь в небольшой этюдик, но в процессе написания для полноты картины решил упоминать некоторые темы, поэтому возможно получилось несколько скомкано, а хотелось еще о многом рассказать. И как всегда дьявол кроется в деталях, а работа нервной системы просто соткана из различных нюансов и тонкостей, к примеру, механизм синаптической задержки, как он изменяется и от чего зависит, или как происходит эмоциональное подкрепление событий происходивших ранее во времени и т.д. Возможно, стоит систематизировать и сформировать данный материал в какой-либо форме, который просто и доступно на инженерном уровне помог бы понять механизмы работы мозга. И конечно работа над симулятором продолжается, намечены цели и определен план-минимум.
» Симулятор нервной системы для Windows
» Сохранения для Симулятора (примеры из данной статьи)
С наступившим Новым Годом!
