Мозг напрокат. Как работает человеческое мышление и как создать душу для компьютера

 Попробуем проиллюстрировать, что такое понятие внутреннего языка, с помощью конструкции, построенной на формальных нейронах (рис. 17). Некое явление внешнего мира «А» приводит к формированию картины активации сенсорного слоя (активные нейроны заштрихованы). Нейрон 1 «запоминает» это явление «фиксацией» окружающей картины. При повторении явления «А» нейрон 1 «узнаёт» его. Нейрон 2 «запоминает» повторение этого явления, «фиксируя» картину, в которую входят заштрихованные нейроны и нейрон 1. Каждое последующее повторение явления создает новое воспоминание (например для нейрона 3). Фиксация более сложных воспоминаний, соответствующих комплексным явлениям, происходит на более высоких слоях. Так, нейрон 6 соответствует воспоминанию (явлению «D»), включающему в себя явление «А» (нейроны 1, 2, 3), а также некое явление «В» (нейрон 4) и явление «С» (нейрон 5).

 Каждое новое понятие внутреннего языка формируется как ответ на какое- либо событие внешнего или внутреннего мира. Оно возникает как фиксация набора уже существующих понятий. Причем в этот набор входят понятия, которые присущи тому явлению или событию, что порождает новое понятие. Если понятия имеют общие элементы или одно понятие участвует в формировании другого, то существует вероятность, что активация одного понятия вызовет активацию другого — в этом случае будем говорить о наличии ассоциативной связи между ними.

Понятие может находиться в неактивном состоянии и просто хранить «память» о некоем явлении, а может быть активно и тем самым входить в описание «текущей картины мира».

 Введем новый термин «текущее представление». Текущее представление — это набор активных в данный момент понятий внутреннего языка.

 Отражение внешнего мира, наши собственные переживания — все это формулируется в виде отдельных, соответствующих происходящему понятий внутреннего языка. Это как бы одно «предложение», где через запятую перечислены все относящиеся к происходящему «слова». Конечно, не обычные слова, а понятия внутреннего языка, каждое из которых само может быть достаточно сложным и многообразным. В таком «предложении» важны сами «слова», порядок их следования несущественен, однако существенна та структура связей, которую образует вся эта «словесная конструкция».

Текущее представление содержит всю информацию о том, что воспринимает и о чем думает человек в конкретный момент времени.

 Текущее представление формируется из огромного количества понятий внутреннего языка (воспоминаний). Понятия внутреннего языка имеют неречевую природу, но при этом могут быть проассоциированы со словами обычного языка, словосочетаниями или фразами. То, о чем думает и что воспринимает человек, может быть описано речью. Однако речь при этом не должна восприниматься как ключевой элемент. Речь — это только способ «кодирования» той информации, которая формируется в текущем представлении. Речи как способу кодировки свойственен достаточно скромный словарный запас. Общеупотребимых слов в языке — около 5 тысяч, словарный запас интеллигентного человека — 10 тысяч слов. Поэтому принципиально важны последовательность слов и правила конструирования фразы. Количество же понятий внутреннего языка оценивается количеством наших воспоминаний и может составлять многие миллионы.

 Умение человека говорить и понимать речь — это способность переводить информацию, содержащуюся в текущем представлении, в речь и обратно.

Память

 Кора головного мозга содержит более 10 млрд нейронов. Нейроны коры имеют в среднем от 10 000 до 100 000 связей. Количество и сложность связей увеличиваются с возрастом. Изначально, при рождении, большая часть нейронов «нового мозга» не осуществляет какой-либо функции. Такая «девственная» структура служит единственной цели — быть готовой к запоминанию всего, что станет происходить с человеком в течение жизни. Каждый нейрон в течение жизни «зафиксирует» на себе некую картину, которая будет соответствовать текущей на тот момент картине активности мозга. Впоследствии такой нейрон будет в состоянии узнать повторение «зафиксированной» картины и в случае своей активации — воспроизвести картину, соответствовавшую моменту запоминания.

 В 2000 году американский нейробиолог Эрик Кандел получил Нобелевскую премию по медицине «За открытие молекулярных механизмов работы синапсов». Память изучалась им на примере формирования условного рефлекса у гигантского моллюска — морского зайца аплизии (Aplysia).

 Моллюску осторожно трогали сифон, и тотчас вслед за этим сильно били по хвосту. После такой процедуры моллюск некоторое время реагировал даже на легкое прикосновение к сифону бурной защитной реакцией, но вскоре все забывал (кратковременная память). Если «обучение» повторялось несколько раз, формировался стойкий условный рефлекс (долговременная память).

Рисунок 18. Молекулярный механизм работы синапсов.

 На рис.18 показаны два синапса. Первый служит для передачи импульса от сенсорного нейрона к моторному. Второй синапс передает импульс от модулирующего нейрона к окончанию сенсорного. Если в момент прикосновения к сифону модулирующий нейрон «молчит» (по хвосту не бьют), в синапсе 1 выбрасывается мало нейромедиатора и моторный нейрон не возбуждается.

 Однако удар по хвосту приводит к выбросу нейромедиатора в синапсе 2, что вызывает важные изменения в поведении синапса 1. В окончании сенсорного нейрона вырабатывается сигнальное вещество cAMP (циклический аденозинмонофосфат). Это вещество активизирует регуляторный белок протеинкиназу А. Протеинкиназа А, в свою очередь, активизирует другие белки, и это в конечном счете приводит к тому, что синапс 1 при возбуждении сенсорного нейрона (то есть в ответ на прикосновение к сифону) начинает выбрасывать больше нейромедиатора, и моторный нейрон возбуждается. Это и есть кратковременная память: пока в окончании сенсорного нейрона много активной протеинкиназы А, передача сигнала от сифона к мышцам жабры и чернильного мешка осуществляется более эффективно.

 Если прикосновение к сифону сопровождается ударом по хвосту много раз подряд, протеинкиназы А становится так много, что она проникает в ядро сенсорного нейрона. Это приводит к активизации другого регуляторного белка — транскрипционного фактора CREB. Белок CREB «включает» целый ряд генов, работа которых в конечном счете приводит к разрастанию синапса 1 (как показано на рисунке) или к тому, что у окончания сенсорного нейрона вырастают дополнительные отростки, которые образуют новые синаптические контакты с моторным нейроном. В обоих случаях эффект один: теперь даже слабого возбуждения сенсорного нейрона оказывается достаточно, чтобы возбудить моторный нейрон. Это и есть долговременная память.

 Остается добавить, что, как показали дальнейшие исследования, у высших животных и у людей память основана на тех же принципах, что и у аплизии (Han, и др., 2007).

 Эрик Кандел расшифровал устройство памяти моллюска. Он показал, что достаточно трех нейронов, чтобы реализовать базовую модель его поведения.

 Конечно, память человека устроена значительно сложнее. С моей точки зрения, самую красивую теорию организации сложной памяти выдвинул А. Н. Радченко. Если говорить максимально упрощенно, то своим открытием он показал организацию ассоциативной памяти на рецепторных кластерах (Радченко, 2002). Чтобы понять, что это значит, вспомним сначала о ритмах мозга.

 В 20-х годах немецкий психиатр Ганс Бергер, изучая электрическую активность головного мозга человека, впервые обнаружил слабые колебания с частотой около 10 Гц и назвал их альфа-волнами. Их амплитуда составляет всего около 30 миллионных долей вольта. Так был открыт альфа-ритм — наиболее четкий образец электрической активности мозга. Изучение этих еле заметных волн выросло в новый раздел науки, называемый электроэнцефалографией — ЭЭГ (Berger, 1929).