ТЕОРИИ СОЗНАНИЯ

Существует множество теорий о механизмах сознания, в которых предпринимается попытка сформулировать необходимые и достаточные условия для возникновения сознания. Их можно разделить на структурные, когда акцент делается на рассмотрение роли отдельных структур или нейронных сетей мозга, и на функциональные, которые определяют сознание через специальные когнитивные операции — мышление, воображение, запоминание и желание. На деле эти два подхода нс исключают друг друга, так как специальные операции, связанные с сознанием, реализуются с участием особых нейронных сетей, находящихся в конкретных структурах мозга.

Изучая процессы концентрации и индукции возбуждения, их распределение по коре, И.П. Павлов создал теорию сознания, которая получила название теории светлого пятна. Он связывал сознание с фокусом возбуждения, светлым пятном, областью повышенной возбудимости, которая может перемещаться по коре.

При этом сознание нс обязательно связано с символьными операциями — второй сигнальной системой и речевой деятельностью. По И.П. Павлову, сознание есть у человека и у животных.

Изучая поведение собак в условиях свободного их перемещения в манеже, И.С. Бериташвили выявил эффект сенсорного обучения. Он нашел, что образ целевого объекта — пищи и места ее нахождения — формируется быстро, фиксируется и легко извлекается из памяти, когда нужно удовлетворить биологическую потребность. В связи с тем что эти результаты нс укладывались в простую рефлекторную схему, он ввел понятие психонервной деятельности, которая оперирует образами. Он предположил, что внешняя среда всегда сравнивается с ее отражением — репрезентациями, хранящимися в памяти. Это характерно как для человека, так и для животных. Поведение строится на основе психонервных механизмов мозгового отображения. Формирование образов он связывает с функцией звездчатых клеток. Они не посылают свои аксоны за пределы коры, так как относятся к внутренним клеткам коры и имеют само- стимулирующую обратную связь. Возбуждение может циркулировать по цепочке звездчатых нейронов. Такая локальная реверберация возбуждения рассматривается как основа для формирования сложного образа. Звездчатые нейроны создают материальный субстрат для сознания и служат механизмом для психонервной деятельности, когда нельзя разделить психическое и физиологическое.

Теория сознания Дж. Экклса (Есс1е$ Т, 1994) исходит из особой функции дендритов пирамидных клеток коры. Наличие системы пирамидных нейронов является характерной чертой неокор- текса. Находясь в нижних слоях коры, они на уровне IV слоя коры собираются в дендритный пучок, который достигает 1 слоя. Дж. Экклс предположил, что субъективный (психический) феномен, выявляемый интроспективными методами, которому он дал название «психон», связан с пучком дендритов пирамидных клеток, идущим к поверхности коры. Пучок дендритов от группы 70—100 соседних крупных и средних пирамид был назван «дендро- ном». Каждый дендрон обладает множеством синапсов, на которых оканчиваются бутоны терминалей аксонов. Следует подчеркнуть, что открытия, сделанные в последнее время, указывают на особые, сложные функции, выполняемые дендритами. В шипиках дендритов обнаружен свой собственный аппарат транскрипции — синтеза белков, важных не только для восстановления функций нейрона, но и для его пластических модификаций. Информационная РНК переносится из ядра к определенному постсинаптическому участку дендрита, где осуществляется синтез новых белков и встраивание их в мембрану. Дж. Экклс приписал дендрону функцию носителя единицы сознания. Отдельному дендрону соответствует отдельный психон как единица локального ощущения. Множество психонов представляет все разнообразие субъективных явлений. Сознание есть следствие психонов, генерируемых соответствующими дендронами. Его теория сознания сводится к установлению связей между психонами и отдельными дендронами. Его дуалистическая позиция выражается в том, что он признает существование нематериального начала, которое может воздействовать на денд- риты. Нематериальная передача осуществляется за счет выброса кванта медиатора. В концепции сознания Дж. Экклса предполагается активное влияние психического феномена на поведенческие акты в виде «свободы воли». Влияния реализуются через управление вероятностью высвобождения квантов медиатора.

Многие теории сознания исходят из принципа повторного входа возбуждения в систему, образующую материальную основу сознания. Впервые данная гипотеза была выдвинута А. М. Иваницким в 1970-х годах. Он в своей теории «информационного синтеза» исходит из результатов собственных исследований связи волн вызванного потенциала (ВП) с субъективными показателями восприятия стимула. Количественная оценка восприятия в соответствии с теорией обнаружения сигнала производилась по двум независимым переменным: показателю сенсорной чувствительности (сГ) и критерию принятия решения, зависящего от мотивации субъекта. Было показано, что амплитуда ранних компонентов ВП положительно коррелирует с показателем сГ, а поздние компоненты — с критерием принятия решения. Промежуточные волны ВП с латенцией 140-180 мс коррелировали с обоими показателями восприятия, причем отношения были выявлены только для проекционной коры. Факты двойной корреляции этих среднелатентных компонентов ВП — с сенсорными свойствами стимула (б') и его значимостью (принятие решения) — послужили основой для концепции о кольцевом движении нервных импульсов с «центральной станцией» в проекционной коре. Сначала возбуждение от проекционной коры, вызванное сенсорным стимулом, поступает к ассоциативной. Для зрительной модальности ассоциативные отделы находятся в височной коре. Затем сигнал поступает к структурам лимбико-гиппокампального комплекса и подкорковым центрам эмоций и мотиваций. Оттуда возбуждение вновь возвращается в кору, включая ее проекционные отделы, по системе диффузных проекций. Затем к обработке информации подключается и лобная кора. На рис. 59 схематично представлен путь кольцевого движения возбуждения при возникновении зрительного ощущения. Ведущее звено в этой схеме — синтез информации о физических и сигнальных (значимых) свойствах стимула на нейронах проекционной коры. Информация о значимости стимула извлекается из памяти с помощью мотивационно-эмоциональной системы. Синтез двух видов информации — наличной и извлекаемой из памяти — определяет появление ощущения. Движение возбуждения по кольцу составляет психический мониторинг происходящих изменений во внешней и внутренней среде. Этот процесс осуществляется с периодом квантования приблизительно 100—150 мс. У человека возникшее ощущение затем опознается, категоризируется, что требует участия лобных отделов коры, включая вербальные центры. Реакция последних возникает примерно на 200 мс позже ощущения. Теории повторного входа возбуждения, отказываясь от понятия рефлекса, трансформируют его в «кольцо», внутри которого циркулирует возбуждение.

Широкую известность получила теория повторного входа, которую предложил и теоретически разработал Дж. Эдельман, (см.: Эдельман Дж., Мауткастсл В., 1981).

Дж. Эдельман предположил, что элементарные процессы сознания являются прерывистыми, т.е. требуют циклического повторения некоторой последовательности событий при наличии повторного входа (reetrening) в одну и ту же группу клеток. Это означает, что система сознания построена таким образом, что сигнал, возникший внутри некоторой системы, входит в нее повторно, как если бы он был внешним сигналом. Распространяя этот принцип на работу нейронных сетей, автор предположил, что сенсорная информация от внешней и внутренней среды после ее предварительной обработки в первичной нейрональной группе повторно входит в нее, возвращаясь после дополнительной обработки в других группах клеток. При этом параллельно в эту же группу нейронов поступает информация в виде ассоциированных сигналов из долговременной памяти. Соединение этих двух потоков информации и составляет один цикл, или повторяющуюся фазу, активности сознания. Обсуждая возможную продолжительность каждого цикла, он предполагает, что она равна 100 мс. Важной чертой теории сознания Дж. Эдельмана является нс только положение о повторном входе возбуждения. Он подчеркивает связь сознания с операциями обращения к долговременной памяти. Осознание возникает в результате обращения групп нейронов высокого порядка к мультимодальным ассоциативным структурам, заложенным в долговременной памяти на основе прошлого опыта.

«Прожекторная теория сознания» предложена Ф. Криком (Crick F., Koch Ch., 1990). Ф. Крик — один из авторов расшифров-

Схема кольцевого движения возбуждения при возникновении

Рис. 59. Схема кольцевого движения возбуждения при возникновении

ощущений.

Центральное звено — синтез информации о физических и сигнальных свойствах стимула на нейронах проекционной коры (по А.М. Иваницкому, 1997).

ки структуры ДНК, лауреат Нобелевской премии. В его теории идея И.П. Павлова о сознании как светлом пятне получила дальнейшее развитие. Он предположил наличие специального аппарата, создающего «луч прожектора», связав его с особой формой внимания и гамма-осцилляциями в электрической активности мозга. Кроме того, он указал на зависимость сознания от механизма некоторых форм кратковременной памяти.

Модель сознания Крика построена на анализе работы зрения. С его точки зрения, зрительная кора — наиболее удобный объект для изучения сознания. У человека и животных она имеет сходную структуру.

Различные отделы зрительной коры отвечают на разные признаки зрительных объектов. Нейроны-детекторы первичной зрительной коры (VI) реагируют на простые характеристики стимулов, например на определенным образом ориентированную полоску'. Нейроны кортикальных областей более высокого порядка отвечают на более сложные признаки (на определенные черты лица). Нейроны области У5 реагируют главным образом на движение зрительного стимула и нс отвечают на цвет и форму. В области У4 находят нейроны, отвечающие на цвет и форму предметов, нейроны области 7а — на положение стимула в пространстве относительно головы и тела. Но как возникают целостные зрительные образы, сцены, которые мы видим перед собой? Отвечая на этот вопрос, Ф. Крик предположил, что в любой момент определенные нейроны, расположенные в разных кортикальных зонах, могут кооперироваться, чтобы сформировать некоторый вид глобальной активности. Ее появление и соответствует зрительному осознанию.

В качестве предполагаемого механизма, связывающего нейроны в общую единую систему, он рассматривает одновременное появление у них коррелированных разрядов с частотой гамма-колебаний (35—70 Гц). Он обратил внимание на то, что нейроны, избирательно реагирующие на один и тот же стимул, обнаруживают сходные гамма-осцилляции без фазового сдвига. Кроме того, корреляция их гамма-активности при появлении в их рецептивных полях одного и того же объекта была больше, чем на появление различных объектов. Все это позволило ему утверждать, что синхронизация нейронной активности является механизмом объединения клеток в ансамбль. Нейроны связываются в ансамбль за счет синхронизации их активности на какое-то время. Они могут переключаться с одного ансамбля на другой. Синхронизация активности нейронов зрительной коры постулируется как способ пространственного связывания признаком.

Включение и выключение гамма-осцилляций зависят от механизма последовательного (серийного) внимания, которое иногда называют прожектором внимания. Оно характеризуется последовательным перемещением фокуса внимания с одного места в зрительном поле на другое. По мснию Ф. Крика, это движение более быстрое, чем движение глаз, которое представляет другую форму — более медленного внимания. Механизм внимания помогает группе взаимодействующих нейронов разряжаться когерентно на частоте 35—70 Гц. В результате создается глобальная единица активности, охватывающая нейроны в различных частях мозга.

Согласно теории Крика, нейронные процессы, попадающие под луч прожектора внимания, определяют содержание нашего сознания, в то время как нейронные процессы вне света прожектора образуют подсознание. Термин «подсознание» применяется для обозначения нейрональных событий, которые сознательно не переживаются, тогда как другие события субъективно осознаются. Прожектор означает, что пятном сознания можно управлять. Эту функцию выполняет таламус, который создает на уровне коры подсветку — дополнительное нсспсцифическое возбуждение, которое, взаимодействуя со специфическим, усиливает его.

По мнению Ф. Крика, осознание зрительного объекта требует участия не только внимания, но и кратковременной памяти. Различая сенсорную и рабочую память, он подчеркивает особую роль рабочей памяти в процессах сознания. Рисуя картину в целом, он описывает процесс осознания зрительного объекта следующим образом. Мозг имеет топографическую карту, в которой закодированы локусы зрительного поля. Эта карта связана с различными картами признаков. Сигнал о локализации объекта в зрительном поле, возможно, возникающий от карты движения глаз в двухолмии, активирует соответствующие участки в картах признаков. За этим следует синхронное появление гамма-осцилляций у нейронов в различных локусах коры и на этой основе когерентное связывание признаков объекта. Когда проблема связи нейронов, реагирующих на объект, решена, на короткое время признаки объекта, на которые распространяется фокус внимания, автоматически запоминаются в рабочей памяти. Возможно, что 40 Гц осцилляции сами избирательно активируют механизмы памяти.

Помещение в рабочую память признаков позволяет использовать категориальные знания, которые также временно представлены в ней, и решить, какие нейроны должны разряжаться вместе, чтобы продуцировать окончательную репрезентацию объекта, на который направлено внимание.

В ситуации произвольного внимания луч прожектора направляется командами из рабочей памяти. Связывая рабочую память с функциями фронтальных областей, он полагает, что активность фронтальных областей наобходима, чтобы субъект сообщил о своем осознанном восприятии стимула (Crick F., Koch Ch., 1995). Богатство субъективных впечатлений, по Ф. Крику, основано на использовании и сенсорной памяти. Зрительное внимание в любой момент может быть переключено на иконическую память, чтобы извлечь из нее любую текущую информацию.

Таким образом, сознание критически зависит от некоторых форм памяти и внимания. Можно выделить следующие главные черты концепции сознания по Ф. Крику:

  • • информация, получаемая о целостном объекте, распределена по мозгу;
  • • формирование целостного образа объекта предполагает участие быстрого механизма внимания;
  • • целостный образ является результатом объединения нейронов в единую систему с помощью осциллятора 40 Гц, создающего синхронизацию разрядов по частоте (35—75 Гц) и фазе;
  • • выделяются две формы текущей памяти (сенсорная и рабочая), каждая из них выполняет свою функцию по отношению к сознанию.

Особое место среди различных теорий сознания занимает концепция К. Прибрама (1975). Суть его голографической теории состоит в том, что информация о входных сигналах распределена по нейронной системе точно так же, как она распределена по всему узору физической голограммы. Он подчеркивает, что речь, конечно, идет только о тех ограниченных областях мозга, где входные воздействия вызывают устойчивые узоры синаптических микроструктур. Распространение свойств голограммы на функции мозга означает, что в мозге информация о каждой точке объекта распределена по голографическому экрану мозга, что делает ее регистрацию устойчивой к разрушению. При этом любая малая часть голограммы содержит информацию обо всем объекте и, следовательно, может восстановить ее. С уменьшением куска голограммы, с которой восстанавливается информация, происходит снижение ее разрешающей способности. Для считывания информации разного объема существуют различные оптимальные величины голограмм. Голограмма одновременно может хранить множество различных узоров — изображений. Обычно в одном кубическом сантиметре физической голограммы хранится несколько десятков миллиардов бит информации (Прибрам К., 1975).

Развивая свою теорию отражения мира, К. Прибрам связывает память, которая сохраняет и воспроизводит информацию по голографическому принципу, с гиппокампальной формацией. В качестве доказательств того, что в гиппокампе информация хранится в распределенном виде — параллельно на многих нейронах, он приводит результаты опытов О'Кифа (O'Keefe) о «нейронах места» в гиппокампе. Опыты показывают, что внешняя среда многократно представлена в гиппокампе подобно голограмме. Репрезентация любого участка среды зависит от активности большой группы нейронов места, т.е. она повторяется одновременно на разных нейронах гиппокампа. О’Киф показал, что один и тот же нейрон гиппокампа может принимать участие в создании разных картин мира. Исследования нейронной активности у крыс, находящихся в трех участках экспериментальной среды, показало, что 28 нейронов гиппокампа отвечали на появление животного в одном и том же участке экспериментального пространства, 12 нейронов реагировали на нахождение животного в трех разных местах. Это означает, что каждый нейрон места в гиппокампе входит в состав репрезентаций большого количества элементов внешней среды и, наоборот, репрезентация данного элемента внешнего мира зависит от активности достаточно большой группы нейронов места.

Таким образом, информация о внешнем пространстве записывается через систему параллельных каналов на множестве пирамидных клеток гиппокампа. Разные группы нейронов, воспроизводя образ внешнего пространства, подчеркивают один из ее аспектов. Считывание информации со всех каналов делает картину внешнего мира более точной и совершенной. Если принять гипотезу, что одной из функций гиппокампа является актуализация из долговременной памяти заведомо избыточной информации для последующего отбора наиболее полезной, то в процедуру считывания информации должны вовлекаться все параллельно работающие каналы, кодирующие не совсем совпадающие аспекты внешнего мира. Голографическая концепция сознания К. Прибрама стоит несколько в стороне от других теорий сознания, но есть нечто общее, что их объединяет. К. Прибрам, так же как и другие исследователи, важную роль в когнитивных процессах отводит ритмам ЭЭГ. Однако он говорит не о гамма-колебаниях, а о гиппокампальном тета-ритме, который рассматривается как механизм сканирования информации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >