Прямое взаимодействие с окружающей средой

Не хотелось бы глубже вдаваться в структурные и функциональные детали, но понимание именно этого, самого древнего и самого хорошо отработанного эволюцией, механизма архиважно для понимания нашей связи с реальностью в целом.

Сенсорное восприятие

Простейшая информация от рецепторов, миновав глубинные структуры мозга, поступает на нижний уровень коры больших полушарий, где происходит её первичный анализ. Здесь, благодаря ранее сохранённой рудиментарной рецепторной информации (мелкие линии, цвета, частоты и силы звука, сигналы от рецепторов осязания и т. п.), из поступающей информации формируются «элементы восприятия». Этот слой мышления (впрочем, как и почти все другие) абсолютно недоступен для нашего сознания.

Информация движется вверх по кортикальным колонкам (и немного в стороны, в другие колонки, если такие связи есть), и при каждом переходе с нижнего слоя на верхний она обобщается, то есть что-то отбрасывается, а что-то соединяется, модифицируется и т. д. Чем выше уровень кортикальной миниколонки внутри кортикальной колонки – тем более абстрактную информацию она обрабатывает и выдаёт.

Добравшись до высшего слоя, результаты этой индукции (сильные обобщения простых рецепторных сигналов) сопоставляются с уже «загруженными» туда абстрактными моделями действительности, и, в зависимости от результатов этого сравнения, идентифицируются как:

1) существующая абстрактная модель чего-то реального, например модель человека в общем, или образ конкретного человека (что тоже является абстракцией);

2) что-то совсем новое, однозначно требующее моделирования «с нуля»;

3) что-то среднее – либо требующее модификации существующей модели, либо построения новой модели, либо и того и другого одновременно.

На этом процесс «восходящей» обработки сигналов заканчивается. Давайте назовём этот комплексный процесс, состоящий из индукции и распознавания, сенсорным восприятием.

Высшее мышление

Сразу следом за распознаванием знакомых абстракций и выяснением надобности формирования новых начинается «горизонтальный» процесс, протекающий исключительно в высшем слое коры больших полушарий мозга (поэтому мы назовём его «высшее мышление»). Это происходит благодаря тому, что, как мы отметили ранее в параграфе «Строение коры больших полушарий мозга», нейроны, которые располагаются в высшем слое кортекса, практически никак не ограничены в связях с нейронами из других областей высшего слоя. Поэтому, как только абстрактные сигналы, выданные сенсорным восприятием, попадают наверх, они могут размножиться и распространиться в практически любую точку высшего слоя. Это, конечно, при условии, что мозг здоров и не ограничен болезнью (например цифровым слабоумием), травмой или вынужденным хирургическим вмешательством, таким как комиссуротомия (полное разделение больших полушарий с целью облегчить симптомы эпилепсии). Кстати, именно с пациентами, перенесшими комиссуротомию, работал Майкл Газзанига, совершивший один из самых больших прорывов в нейробиологии и получивший за это Нобелевскую премию.

Дальше в специфику высшего мышления мы вдаваться не будем – она была описана для нашей темы вполне достаточно в параграфе «Мощностные и функциональные ограничения мозга». Стоит лишь отметить следующее: несмотря на то, что отдельная физическая сущность сознания пока не была обнаружена, то обстоятельство, что наше сознание «живёт» именно в высшем слое кортекса – абсолютно точно установленный наукой факт.

Управление

Теперь давайте рассмотрим последний из трёх основных механизмов в коре больших полушарий – управление, с помощью которого кортекс контролирует наши эмоции, внимание и действия. Здесь нужны два уточнения:

1. Термин «управление» совсем не подразумевает осознанность (мы ведь знаем, что сознание очень ограничено).

2. Эмоции, которые мы испытываем – это вторичный результат сигналов, которые посылает кора больших полушарий в некоторые, более глубокие, части нашего мозга (например в амигдалы, которые отвечают за выработку эмоций, и которые располагаются в более древней, лимбической, части нашего мозга). Этот результат «вторичный» потому что сами эмоции мы испытываем только после того, как эти глубинные части посылают ответный сигнал наверх, в кору, где он обрабатывается и превращается в «ощущение». Повторим ещё раз: амигдалы самостоятельно издавать эмоциональные сигналы из-за окружающей действительности не будут – лимбическая и рептильная части нашего мозга «глухи и слепы» – кортекс активно (и подсознательно) «запрашивает» эмоции на основе сенсорного восприятия и высшего мышления.

Если соединить эти два факта воедино на примере, то давайте представим, что мы идём домой и срезаем путь через незнакомую территорию. Всё вроде нормально, но нас явно что-то тревожит, и мы не можем понять толком, что конкретно, только какое-то гнетущее ощущение есть. Мы решаем добраться до дома поскорее и ускоряем шаг. На этом примере мы можем распознать два типа внешнего цикла «восприятие-управление», отличающихся по длине:

1. Сенсорное восприятие идентифицировало несоответствие отложенных стереотипов и сигналов, поступающих из окружающей среды (но мы этого ещё не заметили, даже в форме эмоции). Оно не стало ждать пока «рутинная» индукция закончится и сенсорная информация попадёт в высший слой коры, а усилило сигнал на средних уровнях, расщепило его, и направило одну из ветвей обратно вглубь мозга, в амигдалы. Этот «короткий» цикл экономит время и ограниченные ресурсы высшего мышления. К тому же, ещё неизвестно, додумается ли это высшее мышление до чего нибудь вообще, а на самом деле желательно уже что-то предпринимать. Пока у нас всё ещё нет никаких ощущений, но цикл уже образовался и начал работать.

2. Амигдалы, начав получать стимул от коры больших полушарий, активизировались и начали посылать ответный сигнал наверх, в кору больших полушарий, но уже в совершенно другие, отличные от сенсорного восприятия области. Сигнал обрабатывается полностью и «выходит на поверхность», т. е. поступает в высший слой коры больших полушарий. Как мы знаем, что он туда поступает? Мы осознали появившееся чувство тревоги, а это уже точно может произойти только в высшем слое. Затем мы приняли решение (осознанно или неосознанно – это неважно с физиологической точки зрения) двигаться быстрее и начали посылать соответствующие сигналы вниз из ещё одной области кортекса, отвечающей за моторику. Этот цикл мы назовём «длинным», потому что он проходит через высший слой коры больших полушарий.

Оба цикла запущены и работают до тех пор, пока что-то не изменится.

В заключение темы управления, надо отметить отдельно управление вниманием. Если для управления эмоциями, скелетными мышцами и внутренними органами кора посылает сигналы за свои пределы, то контроль внимания – это внутренняя функция самой коры, т. е. сигналы контроля внимания идут в кортикальные колонки, отвечающие за сенсорное восприятие, и таким образом кора контролирует какая сенсорная информация доходит до высшего слоя, а какая обрабатывается не доходя до него, с целью сохранения его ресурсов и экономии времени. Причём сигналы контроля внимания могут формироваться в нескольких местах:

1. В самом восходящем потоке сенсорной информации. Например если рядом в кустах что-то внезапно начало громко шуршать, мозг моментально «выталкивает» эту информацию наверх, и мы замечаем, что в кустах что-то громко шуршит, хотя раньше на мелкие шорохи и движения листвы мы не обращали внимание.

2. В кортикальных колонках, отвечающих за «смежные» методы восприятия. Например, зрительные и слуховые кортикальные колонки синхронизируют обработку информации друг с другом управляющими сигналами в случаях когда мы видим, что кто-то шевелит губами (ведь свет, отражающийся от чьего-то лица, доходит до нас гораздо быстрее, чем звуковые волны, но «задержки озвучки» мы не ощущаем).

3. В высшем слое коры больших полушарий. Например при подавлении слуховой сенсорной функции для осознанного уделения внимания какой-то важной задаче.

Общая модель тока информации в кортексе

Давайте попытаемся составить более-менее цельную картину тока информации в коре больших полушарий. На этой схеме показаны только обобщённые основные варианты тока сигналов без попыток показать хитросплетение нейронных сетей или полные циклы взаимодействия с окружающей средой:

Прямое взаимодействие с окружающей средой – итоги

В качестве заключения темы прямого взаимодействии с окружающей средой, давайте попытаемся связать то, что у нас уже есть, с главной целью этой увлекательной нейрофизиологической экскурсии – задачей выяснить, для какого рода информации человеческий мозг хорошо приспособлен, а для какой – не очень.

Прямо ответить на этот вопрос мы пока не можем, поскольку мы рассмотрели только один вид взаимодействия с окружающей средой. Однако, уже можно начинать думать какие характеристики готовых моделей в кортексе нам надо учитывать при поиске ответа на этот вопрос.

Первой напрашивается «объективность», причём не в каком-то философском смысле, а насколько легко модели позволяют незнакомым людям находить общий язык. Если мы оценим среднюю объективность моделей, являющихся результатом рецепторного восприятия и последующего осмысления, то эта оценка наверняка будет высокой потому что:

1. Вряд ли кто-то будет спорить о том, например, что такое «собака» и сколько у неё обычно ног.

2. Сами процессы непосредственного взаимодействия с окружающей средой тоже интуитивно ясны – можно легко привести понятный пример любого из семи изображённых вариантов тока сигналов, от A до G.

3. Несоответствие моделей «одного и того же» в кортексах разных людей может быть вызвано разве что только индивидуальным жизненным опытом и спецификой восприятия каждого человека (что нормально), а не общим качеством процессов восприятия и осмысления (что было бы уже плохо).

Также стоить выделить «абстрактность» – насколько модели вещей на выходе процессов восприятия в среднем абстрактны, т. е. насколько модели в среднем отдалены от обыденной, ежедневно воспринимаемой действительности. Если мы оценим среднюю абстрактность рецепторно наработанных моделей, то она получится низкой потому что:

1. Основная масса информации состоит из моделей индивидуальных объектов.

2. Модели индивидуальных объектов осмысливаются и складываются в «классы», что уже одним уровнем абстракции выше, но если, скажем, «кото-псы» действительно встречаются в природе, то один из них отлавливается, изучается, и им всем присваивается отдельное наименование.

3. На этом, собственно, и всё. Радиоволн мы не можем увидеть – они из совершенно другого домена мировосприятия, который мы обсудим позже.

Необходимо отметить, что многие функциональные ограничения из параграфа «Мощностные и функциональные ограничения мозга» в контексте непосредственного взаимодействия с дикой природой – это на самом деле никакие не ограничения, а важные для выживания функциональные свойства.