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

 В возбужденном состоянии нейроны обладают импульсной активностью. Причем эта активность не индивидуальна для каждого нейрона, а синхронизирована с активностью других. Наблюдаемые ритмы мозга — это проявление суммарной активности нейронов. Каждый всплеск на энцефалограмме — это след совместного «залпа» нейронов. Активность нейронов имеет групповой характер, в каждой группе задается свой ритм импульсов. То, что мы наблюдаем при простом подсоединении электродов к голове,— это сигнал сложной формы, образованный суммированием ритмов различной частоты.

 Из сигнала сложной формы выделяют отдельные гармонические составляющие. Достаточно четко прослеживаются несколько основных ритмов:

- дельта-ритм (от 0,5 до 4 колебаний в секунду, амплитуда — 50—500 мкВ);

- тета-ритм (от 5 до 7 колебаний в секунду, амплитуда — 10—30 мкВ);

- альфа-ритм (от 8 до 13 колебаний в секунду, амплитуда — до 100 мкВ);

- сигма-ритм — «веретена» (от 13 до 14 колебаний в секунду);

- бета-ритм (от 15 до 35 колебаний в секунду, амплитуда — 5—30 мкВ);

- гамма-ритм (от 35 до 100 колебаний в секунду, амплитуда — до 15 мкВ).

 Английский нейрофизиолог и пионер робототехники Грей Уолтер и

американский психолог Уоррен Мак-Каллок высказали достаточно обоснованную гипотезу о том, что альфа-ритм характеризует процесс внутреннего «сканирования» мысленных образов при сосредоточении внимания на какой- нибудь умственной проблеме. Наблюдается, например, совпадение между частотой альфа-волн и периодом инерции зрительного восприятия (примерно 0,1 секунды) (Walter, 1967).

 Зачем нужна такая синхронная импульсная активность? Чтобы понять это, надо посмотреть, как устроена поверхность нейрона. Поверхность нейрона вся покрыта клеточными рецепторами. Рецепторы — это белковые молекулы, соединяющие нейрон с внешней средой и служащие проводниками информации.

 Клеточный рецептор — участок клеточной оболочки, молекулярная структура которого характеризуется избирательностью к некоторым определенным веществам (напр., антигенам, вирусным рецепторам), способностью вступать с ними в химическое взаимодействие (присоединять, связывать) (Кузина, и др., 2006).

 Рецепторы можно объединять по схожести реакций в группы — кластеры. Количество кластеров на поверхности нейрона — 104 — 105.

 Импульсная активность других нейронов передается через синапсы на поверхность каждого нейрона и образует «интерференционную картину», причем каждому состоянию соответствует определенная картина «пучностей».

 Интерференция волн — сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. И характерна для всяких волн независимо от их природы: для волн на поверхности жидкости, упругих (например звуковых) волн, электромагнитных (например радио- или световых) волн (Горелик, 1959).

 Пучность — участок стоячей волны, в котором колебания имеют наибольшую амплитуду (Горелик, 1959).

 За счет синхронности излучения нейронов картина пучностей повторяется каждый раз, когда повторяется картина их активности, то есть пучности появляются каждый раз на тех же самых местах на поверхности нейрона. Рецепторные кластеры могут фиксировать такие пучности и являться впоследствии элементами, которые обеспечивают активацию нейрона в случае повторения ситуации. И, наоборот, группа нейронов, будучи активирована, может привести к «восстановлению» окружающей картины.

 Синхронная активность делает возможным образование на поверхности нейрона устойчивой интерференционной картины. Устойчивой в том смысле, что при повторении ситуации активности нейронов за счет совпадения фаз их импульсов интерференционная картина на поверхности нейрона повторится. Из такого понимания роли ритмов мозга несложно развить рассуждения относительно их роли в процессах запоминания и распознавания.

 Описанная модель памяти относится к разряду «голографических», так как по своему принципу напоминает устройство голограммы, где запоминание объемного изображения достигается за счет фиксации интерференционной картины, возникающей при использовании когерентных источников освещения.

 Вспомним устройство коры головного мозга.

 Первичная проекционная зона сосредотачивает в себе всю информацию, поступающую извне. Нейроны, располагающиеся непосредственно над проекционной зоной и имеющие связи в одном из ее участков, способны фиксировать «воспоминания», относящиеся к этому участку. Это могут быть воспоминания о каких-либо звуках, зрительных образах, совершенных движениях и т. п. Поднимаясь выше, мы получаем нейроны, которые фиксируют более сложные картины, состоящие из более комплексных воспоминаний. Важно отметить, что при обратной активации, то есть воспоминании, сигналы доходят до первичной проекционной коры и вызывают вполне конкретные образы.

 Исходя из такой пространственной организации уместно говорить о зонах мозга с точки зрения относительной локализации воспоминаний, относящихся к какой-либо специальной области деятельности: о зрительной зоне, слуховой зоне и так далее.

 Вспомним об опытах Пенфилда по раздражению различных участков коры мозга. Посмотрим на это в свете модели текущего представления и понятий внутреннего языка.

 При раздражении участков, где находятся проекционные зоны зрительной коры, пациент наблюдает элементарные образы: линии, точки, вспышки, движение точки слева направо... Это и есть базовые понятия внутреннего языка.

 При воздействии на вторичную ассоциативную зону зрительные образы усложняются: возникают образы людей, людей в той или иной одежде, людей в статике или движении. Это соответствует более сложным понятиям.

 Воздействие электрических импульсов на третичные зоны приводит к активации воспоминаний о конкретных событиях, которые строятся, в свою очередь, на использовании понятий вторичной ассоциативной коры.

 Очевидно, что, поднимаясь по коре все выше, мы имеем дело со все более комплексными воспоминаниями, построенными на воспоминаниях предыдущего уровня.

Ассоциативная память

 А теперь поговорим, как выглядит работа памяти, если описывать ее на абстрактном уровне.

 Представьте себе, что в тот момент, когда вы читаете эти строки, появляется неизвестный вам человек. Вы не знаете о нем ровным счетом ничего. У вас тут же образовывается новое понятие внутреннего языка, построенное на базе тех, которые активизировались в данный момент. Это может быть обстановка, в которой вы находитесь, или нечто, чем вы занимаетесь здесь и сейчас, внешний вид этого человека, лица, похожие на него, чувства (этот человек приятный, неприятный), даже отвлеченные мысли. Все элементы, которые образовали новое понятие,— это и есть ассоциации. Когда вы в следующий раз увидите этого человека, в вашем текущем представлении произойдет узнавание, активируется понятие, связанное с ним, и образуется еще одно новое понятие внутреннего языка. Новое понятие будет ассоциативно связано с существующим понятием «этот человек» и связано с картиной текущего представления, сопутствующей второй встрече. Каждый раз, когда вы будете встречать этого человека вновь или думать о нем, он будет включен в систему образования очередных более сложных понятий внутреннего языка.

Мы постоянно запоминаем все, что с нами происходит. Процесс запоминания — это некая фиксация текущего представления.

Зафиксированное текущее представление, соответствующее какому-либо событию, можно трактовать как самостоятельное понятие внутреннего языка.