С позволения автора статьи, выскажусь в защиту критикуемого В. С. Рамачандрана, автора книги «Мозг рассказывает». (Согласно Википедии В. С. Рамачандран — индийский невролог, психолог, доктор медицины, доктор философии, директор Исследовательского центра высшей нервной деятельности, профессор психологии и нейрофизиологии Калифорнийского университета, адъюнкт-профессор биологии Солковского института. Опубликовал более 120 статей в научных журналах, имеет награды и звания).
Не касаясь других утверждений статьи или книги Рамачандрана, остановлюсь на одном — наиболее, по-моему, интересном. Рамачандран пишет: «… способность к пластичности на протяжении всей жизни (а не только лишь гены) занимает одно из важнейших мест в эволюции человеческой уникальности. Благодаря естественному отбору наш мозг выработал способность использовать обучение и культуру для того, чтобы запускать фазовые переходы наших психических процессов.» На что автор статьи отвечает: «невежественное понимание фазовых переходов оставляет свой след.»
Однако в отношении фазовых переходов (в этой цитате и ранее) Рамачандран высказывает вполне научные соображения. В подтверждение можно привести выдержки из статьи, отчасти посвящённой этому вопросу, убрав формулы и иные подробности.
«Теория самоорганизации изучает наиболее общие закономерности возникновения спонтанных упорядоченных структур в результате развития неустойчивых процессов. … Процессы самоорганизации происходят в термодинамически неравновесных условиях с подводом извне потоков вещества и энергии, в них участвует большое число элементов (атомов, молекул, более крупных частиц). … Элементарный процесс самоорганизации — процесс перехода вещества из одного состояния в другое или фазовый переход. ...
Наряду с равновесными фазовыми переходами, уравнения параметра порядка могут описывать и неравновесные фазовые переходы в системах далеких от термодинамического равновесия: лазерах, химических средах, живых организмах и т.д. При этом обнаружено большое количество аналогий между неравновесными и равновесными фазовыми переходами. В то же время неравновесные переходы отличаются большим разнообразием в поведении — в них возникают колебания, пространственные структуры, хаос. ...
Многочисленные экспериментальные данные действительно подтверждают, что в критической точке самые разнообразные материалы (ферромагнетики и антиферромагнетики, обычные жидкости и смеси, сверхтекучий гелий и сверхпроводящие сплавы и т. п.) ведут себя одинаково. Можно ожидать что и в других, в том числе в нефизических сложных системах (биологических, нервно-психических), также будут наблюдаться рассмотренные выше качественные особенности поведения в критической точке и вблизи нее. ...
В этом разделе мы опишем явление синхронизации в сети связанных осцилляторов [таковыми можно считать нейроны в мозге], которое можно рассматривать как частный случай самоорганизации. ...
Исследования последнего времени показали, что электроэнцифалограммы (ЭЭГ) животных и человека представляют собой детерминированный хаотический процесс с числом степеней свободы не выше 10, в зависимости от функционального состояния мозга (сон, бодрствование, эпилепсия и т.д.) Это сравнительно небольшое число степеней свободы ЭЭГ сигнала указывает на высокую степень самоорганизации в электрической активности нейронов. ...
Когда во время утреннего кофе мы берем чашку со стола и подносим ее к губам, информация об том процессе очень разнообразна и поступает она в разные отделы мозга. Это и зрительная информация о форме и цвете чашки, и осязательные впечатления о шероховатости чашки и ее температуре, а также обонятельная информация о запахе, информация о траектории движения руки и т.д. Все эти данные поступают практически одновременно в разные области мозга, но при этом формируется целостный многомодальный образ, в котором эта разнородная и разномодальная информация связана друг с другом. ...
В 1981 году Мальсбург (C. Von der Malsburg) высказал гипотезу, что механизмом такой интеграции является кратковременная (доля секунды) синхронизация активности нейронных ансамблей соответствующих отделов мозга, благодаря чему и формируется целостный образ. В научной литературе эта гипотеза получила название binding problem (проблема связывания). В последние годы эта гипотеза получает все большее признание, в первую очередь, благодаря работам В.Зингера (Wolf Singer) и Р.Экхорна. Эти исследователи регистрировали синхронизацию осцилляторов активности удаленных друг от друга участков коры на частоте около 40 герц у анестезированных кошек при предъявлении зрительных стимулов в виде ярких ориентированных движущихся отрезков. ...
Синхронизация есть мера степени согласованности между временными структурами сигналов безотносительно к амплитуде этих сигналов. … В нейрофизиологии о синхронизации говорят, когда фаза поддерживается постоянной в течение нескольких сотен миллисекунд. … Высказывается предположение, что в процессах синхронизации отдельные признаки объекта кодируются с помощью фаз групп осциллирующих нейронов, а объединение этой информации в единый образ происходит за счет синхронизации колебаний соответствующих групп осцилляторов.»
Пример эксперимента:
«В 1999 году группа нейрофизиологов под руководством Ф.Варелы (Fracisco Varela) исследовали активность нейронных ансамблей различных разделов зрительной и моторной коры головного мозга человека при рассматривании черно-белых изображений лица в нормальном и перевернутом положении.
Эти изображения показывались на экране компьютера и испытуемые должны были как можно быстрее нажать на соответствующую клавишу, как только они распознали в изображении лицо. В это время регистрировалась информация с 30 электродов, прикрепленных к голове.
Примерно через четверть секунды после начала рассматривания картинки, независимо от того было ли это перевернутое или нормальное изображение лица, приборы регистрировали активность нейронных ансамблей в разных частях зрительной коры на частоте около 40 герц. Очевидно, начало этой нейронной активности отвечало началу процесса восприятия образа.
Однако, если частота осцилляции в обоих случаях была одинаковой, степень синхронизации активности нейронных ансамблей из разных отделов зрительной коры была совершенно разной. Только при узнавании лица при рассматривании правильно предъявленного изображения колебания, регистрируемые разными электродами, были синхронными.
Однако прежде чем испытуемый успевал нажать нужную клавишу, эта синхронная активность нейронов в разных частях мозга исчезала. Варела и его коллеги высказали предположение, что такая быстрая десинхронизация необходима для того, чтобы дать возможность использовать интеграционный механизм синхронизации для последующих поведенческих актов.
Следующим таким актом было нажатие клавиши на клавиатуре компьютера. И в самом деле, приблизительно через три четверти секунды после того, как было предъявлено изображение (типичное время моторной реакции на стимул), с электродов снималась следующая вспышка нейронной синхронизации, но теперь из областей мозга, соответствующих моторным функциям. В этом случая синхронизация имела место независимо от того, было или не было узнано лицо, поскольку клавиша нажималась в обоих случаях. ...»
Другой пример:
«В работе Кузьминой и др. в модели осцилляторной сети, имитирующей функционирование зрительной коры при распознавании зрительного образа, происходит синхронизация сетевых ансамблей, соответствующих контуру изображения, в то время как осцилляторы, соответствующие фону остаются не синхронизированными. При этом осцилляторы, соответствующие более ярким элементам контура синхронизируются в большей степени, чем осцилляторы, соответствующие менее ярким элементам.» Синергетика мозга. 2005 год.
***
Изложенные в цитируемой статье идеи относительно синхронизации нейронов, то есть возникновения порядка из хаоса, и роли этих процессов в мышлении, можно назвать общепринятыми. Также самоорганизация — появление синхронной активности у множества нейронов сейчас рассматривается как возможная «причина» сознания. Например, сознание — это и не среда, и не нейроны, а абстракции, но и порядок — это тоже не среда и не составляющие мозга сами по себе. При этом количество информации в системе есть мера её организованности, упорядоченности. В итоге постоянный процесс упорядочения активности нейронов означает постоянный процесс появления в сети информации, которая, с одной стороны, связана с устройством сети — с опытом, с другой, со средой, так как активность сети зависит и от устройства сети, и от сигналов рецепторов. А обучение сети приводит к появлению новой информации.
10.04.2016г. 22:35:40