Физиологические основы памяти речи сознания анатомия кратко

Обновлено: 01.07.2024

Мышление это процесс познавательно деятельности человека, проявляющийся обобщенным отражением явлений внешнего мира и своих внутренних переживаний. Сущность мышления состоит в способности мысленно моделировать события в любом временном направлении. Мышление имеет 2 аспекта: распознавание, т.е. принятие решения и устойчивая стратегия выполнения поставленной задачи. Формирование мышления начинается между первым и вторым годами. Этот процесс состоит в построении сенсомоторных схем, т.е. образовании связей сенсорной информации и двигательными действиями. Раньше всего создаются сенсомоторные схемы ходьбы и речи. В период с 2 до 7 лет идет первая фаза формирования человеческого мышления. Она проявляется способностью мысленно осуществлять какие-либо действия и ребенок приобретает способность прогнозировать результаты определенных действий. В то же время действие пока еще остается основным элементом мышления (птица то, что летает). С 7 до 10 лет протекает вторая фаза. Возникает способность к логическому рассуждению и построению достаточно сложных умозаключений. В возрасте 11-15 лет идет 3 фаза. Мозг приобретает способность к сложным абстракциям, оценке гипотез.

Выделяют 3 формы мышления: наглядно-действенное, образное и абстрактно-логическое или вербальное.Наглядно-действенное проявляется в реализации действий. Слово имеет лишь вспомогательное значение (пример). Образное мышление это оперирование образами. Наибольшее значение оно имеет у детей 6-8 лет (пример). Абстрактно-логическое мышление использует понятиями, суждениями, умозаключениями построенными с помощью абстрактных символов – слов, формул и т.д.. Оно возможно лишь при наличии речи. Этот вид мышления наиболее эффективен при достаточном объеме накопленной памятью информации.

Первая фаза мышления, т.е. стратегия решения задач осуществляется нейронами теменно-затылочных, височных и лобных областей коры, а также лимбическими структурами. Этот процесс в основном происходит в ассоциативных нейронах коры. В них обрабатывается сенсорная информация и информация из памяти. В решении задач главная роль принадлежит ассоциативным нейронам лобных областей.

Полушария выполняют разные мыслительные функции. Каждое полушарие обладает собственными ощущениями, восприятием, мыслями, воспоминаниями, эмоциональной оценкой событий. В определенном смысле каждое полушарие имеет собственное мышление. Правое обеспечивает наглядно-действенное и образное мышление. Левое абстрактно-логическое. Однако в целом процессы мышления осуществляются согласованно.

При психической патологии наблюдаются нарушения мышления. Это навязчивые, сверхценные и бредовые идеи (пример). В соматической клинике достаточно часто встречается ипохондрический синдром, когда пациент уверен в наличии у него тяжелого заболевания (кацерофобия, кардиофобия, сифилофобия и т.д.).

Сознание это высший уровень психического отражения действительности, присущий человеку как общественно-историческому существу. Иметь сознание, это иметь возможность осознавать себя как личность, анализировать свою психическую деятельность, а также передать свое знание другой личности. Наиболее общепринятой является вербальная теория сознания. Она доказывается нейрофизиологическими исследованиями людей, выходящих из коматозного состояния. На первой стадии человек открывает глаза. На второй фиксирует взгляд на знакомых лицах. На третьей начинает понимать речь окружающих, а на четвертой начинает говорить сам. Нормальные а – и b-ритмы ЭЭГ восстанавливаются лишь с началом третьей стадии. К сознанию можно отнести и 2 неосознаваемых психических процесса (П.В. Симонов):

1.Подсознание. В него входит все то, что уже было осознано и закреплено в памяти. Поэтому может быть осознано вновь при определенных условиях. К подсознательному относятся автоматизированные навыки, этические и эстетические нормы.

2.Сверхсознание или интуиция. Им объясняются процессы творчества не контролируемые сознанием. Поэтому сверхсознание является источником озарений и открытий. Нейрофизиологической основой сверхсознания является актуализация определенных следов памяти, их сложная комбинация и создание совершенно новых связей.

Сознательное восприятие осуществляется нейронами сенсорных зон коры. От них нервные импульсы идут к ассоциативным нейронам. К ним же поступает информация и из памяти. В результате взаимодействия этих сигналов формируется осознанное восприятие. Активность сознания возрастает под влиянием ретикулярной формации. Конечным звеном сознательного акта является действие, проявляющееся движением.

В настоящее время процесс сознания связывается с модульными колонками коры. Кора состоит из множества вертикальных колонок, проходящих через все ее слои. В этих колонках нейроны связаны между собой синаптическими контактами. Несколько вертикальных колонок объединяются в крупную модульную. Такая колонка способна обрабатывать большой объем информации. В них же хранятся энграммы. Колонки формируют так называемые распределительные системы. Эти системы получают сенсорную информацию и информацию из памяти. В результате ее обработки обеспечивается обучение. Когда происходит обработка всей имеющейся информации, возникает осознание собственного "Я" и положения в окружающей природной и социальной среде.

Общие признаки синдромов нарушения сознания:

· отрешенность от реального мира, выражающаяся в необычном его восприятии. Мир может отражаться в виде отдельных не связанных друг с другом объектов;

· дезориентация во времени, месте, окружающих лицах, объективно существующей ситуации;

· нарушение процесса мышления с полной невозможностью осуществления суждений;

· затруднение запоминания происходящих событий.

Характеристика типов высшей нервной (психической) деятельности: генотип и фенотип, роль воспитания. Учение И.П. Павлова о I и II сигнальных системах. Специфические человеческие типы психической (высшей нервной) деятельности.

В лаборатории И.П.Павлова было замечено, что поведение собак в естественной обстановке и во время выработки условных рефлексов различное. Некоторые животные очень подвижны, возбудимы и любопытны, другие медлительны и трусливы. Между этими крайними типами имеется ряд промежуточных. На основании свойств нервных процессов И.П.Павлову удалось разделить животных на определенные группы, причем эта классификация совпала с умозрительной классификацией типов людей (темпераментов), данной еще Гиппократом.

В основу классификации типов ВНД были положены свойства нервных процессов: сила, уравновешенность и подвижность. По критерию силы нервных процессов выделяют сильный и слабый типы. У слабого типа процессы возбуждения и торможения слабые, поэтому подвижность и уравновешенность нервных процессов не могут быть охарактеризованы достаточно точно.

Сильный тип нервной системы подразделяется на уравновешенный и неуравновешенный. Выделяется группа, которая характеризуется неуравновешенными процессами возбуждения и торможения с преобладанием возбуждения над торможением (безудержный тип), когда основным свойством является неуравновешенность. Для уравновешенного типа, у которого процессы возбуждения и торможения сбалансированы, приобретает значение быстрота смены процессов возбуждения и торможения. В зависимости от этого показателя различают подвижный и инертный типы ВНД. Эксперименты, проведенные в лабораториях И.П.Павлова, позволили создать следующую классификацию типов ВНД:

Слабый (меланхолик). Сильный, неуравновешенный с преобладанием процессов возбуждения (холерик). Сильный, уравновешенный, подвижный (сангвиник). Сильный, уравновешенный, инертный (флегматик).

Первая и вторая сигнальные системы. Первая сигнальная система - это зрительные, слуховые и другие чувственные сигналы, из которых строятся образы внешнего мира.

Восприятие непосредственных сигналов предметов и явлений окружающего мира и сигналов из внутренней среды организма, приходящих от зрительных, слуховых, тактильных и других рецепторов, составляет первую сигнальную систему, которая имеется у животных и человека. Отдельные элементы более сложной сигнальной системы начинают появляться у общественных видов животных (высокоорганизованных млекопитающих и птиц), которые используют звуки (сигнальные коды) для предупреждения об опасности, о том, что данная територия занята и т.д.

Но лишь у человека в процессе трудовой деятельности и социальной жизни развивается вторая сигнальная система - словесная, в которой слово в качестве условного раздражителя, знака, не имеющего реального физического содержания, но являющегося символом предметов и явлений материального мира, становится сильным стимулом. Эта система сигнализации состоит в восприятии слов - слышимых, произносимых (вслух или про себя) и видимых (при чтении и письме). Одно и то же явление, предмет на разных языках обозначается словами, имеющими разное звучание и написание, из этих словесных (вербальных) сигналов создаются абстрактные понятия.

Способность понимать, а потом и произносить слова возникает у ребенка в результате ассоциации определенных звуков (слов) со зрительными, тактильными и другими впечатлениями о внешних объектах. Субъективный образ возникает в мозге на основе нейронных механизмов при декодировании информации и сравнении ее с реально существующими материальными объектами. С возникновением и развитием второй сигнальной системы появляется возможность осуществления абстрактной формы отражения - образование понятий и представлений.

Раздражители второй сигнальной системы отражают окружающую действительность с помощью обобщающих, абстрагирующих понятий, выражаемых словами. Человек может оперировать не только образами, но и связанными с ними мыслями, осмысленными образами, содержащими смысловую (семантическую) информацию. С помощью слова осуществляется переход от чувственного образа первой сигнальной системы к понятию, представлению второй сигнальной системы. Способность опери ровать абстрактными понятиями, выражаемыми словами служив основой мыслительной деятельности.

Язык - это средство выражения мысли и форма существования мысли. Язык закрепляет в предложениях результаты работ! мышления, делает возможным обмен мыслями. Речь дает возмож ность создавать научные понятия, формулировать законы.

Речь может участвовать в регуляции деятельности различныx органов с помощью слова. Словесные раздражители являютс физиологически активными факторами, они изменяют функции внутренних органов, интенсивность обменных процессов, воздействуют на мышечную и сенсорные системы. Вовремя сказанное доброе слово может повышать работоспособность, способствовать хорошему настроению. Неосторожно произнесенное в присутствии больного слово может значительно ухудшить его состояние.

Физиологические основы речи. Деятельность второй сигнальной системы обеспечивается функцией двигательного, слухового и зрительного анализаторов и лобных отделов мозга. Регуляция речи связана с пусковой и регуляторной ролью коры, которая получает афферентные импульсы от рецепторов мышц, сухожилий и связок голосового аппарата и дыхательных мышц. Кортикальное ядро речедвигательного анализатора находится в области второй и третьей лобных извилин - речедвигательный центр Брока. Восприятие речи происходит с помощью речедвигательного и ре-чеслухового анализаторов (центр Вернике). Для декодирования речи, воспринимаемой в акустической форме, важнейшим условием является удержание в речевой памяти всех ее элементов, а в оптической форме - участие сложных поисковых движений глаз. Процессы декодирования речи осуществляются височно-теменно-затылочными отделами левого полушария (у правшей). При поражении этих отделов коры происходит нарушение понимания логико-грамматических конструкций и счетных операций.

Вторая сигнальная система допускает неоднозначные отношения между явлением, предметом и его обозначением (словом), что позволило человеку действовать разумно в условиях вероятностного событийного окружения (информационной неопределенности). Это во многом способствовало развитию способностей к интуитивному мышлению. Возникла принципиально новая форма мыслительной деятельности - построение умозаключений на основе использования многозначной (вероятностной) логики. Постоянное использование языка привело к тому, что человеческий мозг, как правило, оперирует неточными понятиями, качественными оценками легче, чем количественными категориями, числами.

Учитывая соотношения первой и второй сигнальной систем в том или ином индивидууме, И.П.Павлов выделил специфические человеческие типы ВНД в зависимости от преобладания первой или второй сигнальной системы в восприятии действительности. Людей с преобладанием функций корковых проекций, ответственных за первосигнальные раздражители, И.П.Павлов относил к художественному типу (у представителей этого типа преобладает образный тип мышления). Это люди, для которых характерна яркость зрительных и слуховых восприятии событий окружающего мира (художники и музыканты).

Если же более сильной оказывается вторая сигнальная система, то таких людей относят к мыслительному типу. У представителей этого типа преобладает логический тип мышления, способность к построению абстрактных понятий (ученые, философы). В тех случаях, когда первая и вторая сигнальные системы создают нервные процессы одинаковой силы, то такие люди относятся к среднему (смешанному типу), к которому относится большинство людей. Но есть еще один крайне редкий типологический вариант, к которому относятся очень редкие люди, имеющие особо сильное развитие и первой, и второй сигнальных систем. Эти люди способны как к художественному, так и к научному творчеству, к числу таких гениальных личностей И.П.Павлов относил Леонардо да Винчи.

Основные свойства нервных процессов — возбуждения и торможения (сила, уравновешенность, подвижность), составляющие основу четырех базисных типов и их вариаций, передаются по наследству и составляют, следовательно, генотип животных и человека. В ходе индивидуального развития (онтогенеза) на основе генотипа формируется характер, или фенотип. Фенотип, таким образом, является итогом воздействия на генотип биологических и социальных факторов внешней среды. Особую роль в формировании характера человека играют социальные факторы, определяющие совокупность социально значимых черт личности, таких как чувство ответственности, чувство долга, честность, порядочность, целеустремленность, трудолюбие, отзывчивость и целый ряд других качеств. Социальная среда, представленная семьей, школой, группами по интересам, на основе одного и того же генотипа может сформировать совершенно различные по социальной значимости характеры. Примером могут служить результаты исследований типов высшей нервной деятельности у учащихся выпускных классов, проведенных сотрудниками Павлова.

Высшая нервная деятельность – это процессы приспособления человека к существованию в окружающем мире. Процесс обеспечивается через нервную деятельность, а именно через рефлексы. Они бывают условными и безусловными.

Безусловные рефлексы

Постоянные генетически сформированные реакции на внешние раздражители, которые происходят при помощи ЦНС. Они управляются низшей нервной деятельностью. Для их выполнения не требуется определенного условия. Например, половой, пищевой, ориентировочный, оборонительный и др.

К таким реакциям относят и инстинкты – это неизменные и стабильные формы поведения, представляют собой связанные между собой сложные безусловные рефлексы, для запуска которых необходимы пусковые механизмы.

Условия обитания и внешней среды индивидуальны, в результате чего условные рефлексы могут меняться, тормозиться или ускорятся. Более совершенные рефлексы формируются в результате жизненного опыта – научения.

Импринтинг (второе название запечатление) – специфическая форма обучения, когда в начале жизни человек запоминает определенные сигналы, которые сопровождаются рядом действий. Таким образом, формируется память о родителях и изучение родного языка.

Условные рефлексы

Это индивидуально приобретенные рефлексы, отвечающие за определенное действие. Чтобы такой рефлекс выработался, необходимо многократное совпадение нескольких действий одновременно. Например, расположение выключателя в комнате сверху. Человек пользуется им много раз, если он переедет, то регулярно будет включать его там, где он был в старой комнате, пока не адаптируется к новому расположению.

Выработка условного рефлекса происходит в коре головного мозга, для его формирования нужно активное состояние мозга. Рефлекс формируется при многократном повторении и закреплении.

Мотивация

Активное состояние мозговых структур, направленное на выполнение поставленной задачи. Возникает при возникновении определенных потребностей. Разделяют на три группы:

биологические;
социальные;
духовные.

Свойственны человеку, так как он способен на интеллектуальную деятельность. Формируется следующим образом:

формируется временная связь, как нейрофизиологических, биохимических, ультраструктурных образований, возникает в процессе взаимодействия безусловных и условных рефлексов.

Помимо формирования нужных рефлексов, также есть и ненужные, которые человеческий мозг тормозит. Различают три вида торможения:

безусловное (внешнее) – происходит, если в последующем образуется более значимый и сильный рефлекс;
условное (внутреннее) – начинается из-за отсутствия безусловного раздражителя, подкрепляющего рефлекс;
запредельное (принцип доминанты)– обуславливается длительным или сильным действием условного рефлекса.

Динамический стереотип

Сформировавшийся и закрепившийся комплекс условных рефлексов, основанный на способности мозга воспроизводить последовательность действий на одинаковые раздражители. Например, езда на велосипеде, вождение машины, обучение правописанию, чтение.

Совокупность условных и безусловных рефлексов, психических функций, обеспечивают совершенное приспособление человека к условиям проживания и обитания. Это происходит при помощи работы ЦНС – называется высшей нервной деятельностью. ВНД обуславливается двумя процессами – возбуждением и торможением. Возникают они в коре головного мозга. Приспособление человека зависит от способности формировать новые рефлексы и тормозить старые.

В зависимости от типа нервной системы различают несколько типов поведения. Изучением этих процессов занимался еще Гиппократ. Позже его изучение продолжил И. П. Павлов.

Тип

Описание

Сангвинический

Сильная и подвижная нервная система (сильный, уравновешенный, подвижный)

Флегматический

Сильные нервные процессы на фоне слабой подвижности процессов (сильный, уравновешенный, инертный)

Холерический

Значительная сила процессов, возбуждение преобладает над торможением (сильный, неуравновешенный, безудержный)

Меланхоличный

Низкая сила и подвижность процессов, торможение преобладает над возбуждением (слабый, неуравновешенный, инертный)

Сон и его значение

Во время сна затормаживается деятельность всех органов и систем. Ночной отдых состоит из 5-6 циклов сна. Один длиться 90-100 минут. Чередуются между собой фазы быстрого и медленного сна. Во время медленного сна происходит торможение всех процессов жизнедеятельности. В фазу быстрого сна, наоборот, происходит активация процессов: дергаются глаза, усиливается сердцебиение, происходит сокращение мышц. Именно в фазу быстрого сна человек видит сновидения.

Сновидения – это ночные образы, которые возникают на подсознательном уровне, в это время работает кора головного мозга, активизируется воображение. Сны видят все люди, но мало кто может их воспроизвести позже.

Сознание, память, эмоции, речь, мышление

Сознание — это способность человека воспринимать окружающий мир, отделять себя от окружающих, реально оценивать свою деятельность и других людей. Включает в себя все формы психического воздействия:

ощущение;
восприятие;
представление;
мышление;
внимание;
эмоции;
волю.

Ощущение – это формирование памяти через ЦНС, воздействующих на органы чувств. Все ощущения суммируются в виде восприятия.

Восприятие – процесс преобразования информации, полученной через органы чувств, помогающие воспринимать окружающий мир и легко ориентироваться в нем.

Представление – это образное отражение предмета и явления. Проявляется в пространственно- временной связи, составляющих их признаки и свойства.

Память – способность узнавать, хранить, узнавать, воспроизводить информацию. В основе работы лежит нервная деятельность головного мозга. Противоположный процесс запоминания – забывание. Память бывает:

долговременная;
кратковременная;
оперативная.

Долговременная сохраняется от пары месяцев или пожизненно. Обычно это яркие события. Кратковременная память сохраняется на пару месяцев, после чего выпадает из памяти.

Эмоции – это определенные реакции человека на какие-либо внешние действия или раздражители. Они проявляются в виде положительных или отрицательных реакций. Основные эмоции, которые выделяют:

гнев;
злость;
радость;
счастье;
расстройство;
печаль.

Речь – способность человека воспроизводить определенные комбинации звуков для общения с другими людьми. Существует множество языков в мире. Формирование звуков происходит с раннего возраста. Ребенок с 1,5 летнего возраста начинает повторять слова за взрослыми. С 2-летнего возраста формируется речь. Иногда дети начинают говорить позже, но это считается нормой.

Мышление – это отражение общения, опосредованного отношения, закономерностей. Обладает неразрывной связью между языком и речью. Формируется на основе жизненного опыта и способностью представлять будущие события.

Воля – это сознательное управление эмоциями и действиями, осуществление задуманного.

Особенности психики человека

Психика – это специфическое свойство организма человека, за которое отвечает центральная нервная система. Заключается в отражении предметов и явлений, находящимися за пределами изолированных ощущений.

Это свойство характерно только человеку. Психика формируется в процессе жизнедеятельности человека, биологических, социальных и общих потребностей.

Человек способен передавать свои эмоции, мысли в социальном обществе. У некоторых людей формируется сверхсознание. Оно называется интуицией – это способность человека выстраивать логические цепочки на будущее, которые чаще всего оказываются правильными.

Мышление и сознание. Физиология памяти

а) Мышление, сознание и память. Самое трудное при обсуждении сознания, мышления, памяти и научения то, что мы не знаем нервных механизмов мышления и мало знаем о механизмах памяти. Известно, что разрушение обширных областей коры большого мозга не лишает человека мышления, но снижает глубину мыслей, а также степень осознания окружающего.

Однако стимулируемые области коры большого мозга определяют дискретные характеристики мышления:

(1) определенная локализация ощущений на поверхности тела и объектов в поле зрения;

(2) ощущение текстуры шелка;

(3) зрительное распознавание прямоугольной формы стенки из бетонных блоков;

(4) другие индивидуальные характеристики, входящие в общее осознание человеком конкретного момента.

Сознание, вероятно, можно объяснить как непрерывный поток осознания нашего окружения или наших последовательных мыслей.

Карта специфических функциональных областей, на которой особо выделены области Вернике и Брока, ответственные за понимание и воспроизведение речи; у 95% людей они локализуются в левом полушарии

б) Память. Роль синаптического облегчения и синаптического торможения. Физиологически память накапливается в мозге путем изменения синаптического проведения между нейронами в результате предшествующей нервной активности. Новые, или облегченные, пути называют следами памяти. Они важны, поскольку тотчас, как следы устанавливаются, мыслящий мозг может избирательно активировать их.

Эксперименты на животных показали, что следы памяти могут формироваться на всех уровнях нервной системы. Даже спинальные рефлексы могут изменяться, по крайней мере частично, в ответ на повторную стимуляцию спинного мозга, и эти изменения рефлексов являются частью процесса памяти. Долговременная память также возникает в результате изменения синаптического проведения в низших центрах мозга. Однако основная часть памяти, которую мы связываем с интеллектуальными процессами, основана на следах памяти в коре большого мозга.

в) Положительная и отрицательная память - сенситизация и габитуация синоптического проведения. Мы часто думаем о памяти как о положительных воспоминаниях предыдущих мыслей или переживаний, но, вероятно, более значительная часть нашей памяти является не положительной, а отрицательной. Действительно, наш мозг наводняется сенсорной информацией, поступающей от всех наших рецепторов. Если бы он попытался запомнить всю информацию, емкость памяти переполнилась бы в течение нескольких минут. К счастью, мозг имеет способность учиться игнорировать незначимую информацию, которая не несет никаких последствий. Это происходит в результате торможения синаптических путей для данного типа информации; конечный результат называют габитуацией. Это и есть отрицательная память.

Напротив, для входящей информации, которая сопряжена с важными последствиями, например боль или удовольствие, мозг имеет другую автоматическую способность — усиливать или сохранять следы памяти. Это положительная память. Она возникает в результате облегчения синаптических путей, а процесс называют сенситизацией. Мы узнаем дальше, что особые области в базальных регионах лимбической системы мозга определяют, является ли информация важной или неважной, и осуществляют подсознательное решение, сохранять ли мысль как активированный (сенситизированный) след памяти или подавить ее.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Как мозг и сознание соотносятся друг с другом? Каким образом на основе нервных импульсов формируется субъективный мир человека? Долгое время эта проблема считалась областью исследований философии и других гуманитарных дисциплин. И только в последние десятилетия были открыты естественно-научные подходы к ее решению.

МЕХАНИЗМЫ ОЩУЩЕНИЙ
Сознание — важнейшая функция мозга. По сути, это и есть наша жизнь, состоящая из череды впечатлений, мыслей и чувств. Но насколько правомерно объяснить движением нервных импульсов то, что мы ощущаем как цвет, звук, эмоцию? Несмотря на видимую сложность, эта загадка природы по методологической трудности не уникальна и стоит в ряду других тайн мироздания. Можно выделить два основных подхода к поиску мозговых механизмов сознания, не исключающих, а взаимно дополняющих друг друга. Один из них — представление о том, что субъективный опыт возникает на основе поступательного распространения возбуждения от первичных зон коры больших полушарий мозга к структурам более высокого уровня, к которым, прежде всего, относится лобная кора. Она обладает тремя уникальными свойствами: способностью к оперированию абстрактными символами, запоминанию временной последовательности происходящих событий и наличием центров речи. Эти три качества непосредственно соотносятся с признаками сознания.

Другой подход основан на предположении, что субъективный опыт возникает в результате определенной организации процессов мозга и сопоставления в зонах коры вновь поступившей информации с извлеченной из памяти. Благодаря этому картина внешних событий как бы проецируется на индивидуальный опыт субъекта, встраиваясь в личностный контекст. Данную гипотезу в настоящее время разделяют многие специалисты, а впервые она была выдвинута нами в 1970-х годах в результате исследований мозговых механизмов ощущений.

В этой работе мы сопоставили количественные показатели, описывающие ответ на поступивший сигнал. Участник эксперимента решал задачу различения интенсивности двух близких по силе раздражителей (в одной серии — зрительных, в другой — кожных). В ходе опыта фиксировали активность мозга в виде так называемых вызванных потенциалов (ВП), иными словами — электрическую реакцию на вновь поступивший от органов чувств сигнал. Она представляет собой сложное по форме колебание, состоящее из ряда последовательных компонентов. Важно было понять, какие информационные процессы мозга они отражают. Предыдущими исследованиями установлено: ранние компоненты ВП отражают в основном физические параметры стимула, а поздние — его значимость. Для определения количественных параметров ощущений использовали методы теории обнаружения сигнала, рассматривающей восприятие как результат взаимодействия сенсорных и мотивационных факторов.

Получив соответствующие данные, мы вычислили соотношения, корреляции между ними. Наиболее существенной оказалась взаимозависимость промежуточных волн вызванных потенциалов с обоими факторами восприятия: показателем сенсорной чувствительности и критерием решения. Эта двойная корреляция отражала, таким образом, синтез информации о физических и сигнальных свойствах стимула на нейронах так называемой проекционной коры, куда поступают сигналы от органов чувств. Пиковая латентностъ (время от момента воздействия раздражителя до появления ответной реакции) волн вызванных потенциалов составила около 150 мс.

Помимо информационного синтеза возврат возбуждения в кору обеспечивает и интеграцию отдельных признаков стимула в единый образ. Важную роль в последнем процессе играет гамма-ритм электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с частотой около 40 Гц. Синхронизация биопотенциалов мозга на определенном ритме способствует объединению нейросетей в единую систему, что необходимо для поддержания сознания.

МЫШЛЕНИЕ
Более сложные психические феномены, в первую очередь связанные с появлением речи, относят к сознанию высшего порядка. В исследование таких функций мозга, как мышление, значительный вклад внесли труды академика Натальи Бехтеревой и ее учеников, начатые в 60-х годах XX в. и успешно развивающиеся до настоящего времени.

Современные данные показывают: кора высоко специализирована, и разные ее поля отвечают за различные когнитивные операции. Поэтому существенную роль в процессе мышления приобретают корковые связи, а их возникновению способствует согласование ритмов работы нейронных ансамблей. Последнее положение было выдвинуто отечественной нейрофизиологической школой. В 1930-е годы академик Алексей Ухтомский высказал мысль о том, что нервная связь облегчается, когда нервные ансамбли работают на одной частоте. Позднее (1950-1980 гг.) академик Михаил Ливанов и академик АМН СССР Владимир Русинов показали, что синхронизация ритмов ЭЭГ может рассматриваться как условие и показатель возникновения корковых связей.

При разработке нового метода их картирования мы опирались на эти идеи. При этом использовали задачи на образное, пространственное и абстрактно-вербальное мышление. Проводили многоканальные записи ЭЭГ в период между предъявлением задачи на экране монитора и нахождением решения. Выяснилось: симметричный в покое рисунок связей в процессе поиска ответа изменялся — они начинали сходиться к определенным полям коры, образуя центры связей, названные фокусами взаимодействия. Их топография различна при разных видах мышления: при образном мышлении (опознание эмоций на фотографиях лица) фокусы локализовались в теменно-височной коре, при абстрактно-вербальном (на примере решения анаграмм или категоризации слов) — в лобной, а при пространственном, включающем элементы как образного, так и абстрактного мышления, — в теменной и лобной областях коры.

Важная роль связей между лобной и левой височной корой в вербальном мышлении и понимании словосочетаний, образующих предложение, выявлена в наших совместных исследованиях с Институтом психологии Университета штата Орегон, возглавляемом членом Национальной академии наук США Майклом Познером. Наша задача в этой работе состояла в изучении картины корковых связей. С помощью метода позитронно-эмиссионной томографии и вызванных потенциалов мозга была показана роль лобной коры в расшифровке семантики слова. Это существенно дополнило классические представления о том, что его значение определяется в левой височной коре (зона Вернике). В то же время доказано: в объединении нескольких слов в единую смысловую конструкцию задействованы связи лобной коры и височной зоны.

ДЕКЛАРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ И ВНИМАНИЕ
Важное свойство сознания — способность к запоминанию и воспроизведению последовательности событий. В исследовании механизмов человеческой памяти в последние годы достигнут значительный прогресс. Работами ряда отечественных и американских нейрофизиологов установлена роль структур гиппокампа, расположенных внутри височных отделов полушарий, в оперативной памяти. Эти образования имеют обширные связи как между собой, так и с сенсорными и ассоциативными отделами коры. Значит, при запоминании они направляют сигнал в ассоциативную кору для длительного хранения, а при воспроизведении указывают адрес, где хранится связанная с поступившим сигналом информация.
Повреждение гиппокампа приводит к нарушению декларативной памяти — она представляет собой осознаваемую память о событиях, сведения о которых могут быть переданы другим лицам. Больные с указанной патологией способны хорошо учиться в школе и иметь высокий интеллектуальный коэффициент, но они беспомощны в повседневной жизни, поскольку не помнят последовательности событий, не ориентируются во времени, не могут составить план на будущее. Этот дефект проявляется только с 5-6-летнего возраста, когда здоровый человек начинает себя помнить.

Наряду с гаппокампом в запоминании последовательности событий участвует и лобная кора. Там находятся группы нейронов, способные сохранять след от действовавшего сигнала до того момента, когда необходимо дать поведенческий ответ на него.

ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
В какой же мере знания о механизмах мышления и сознания человека могут быть востребованы при создании искусственного интеллекта? Ведь его разработка возможна и без использования принципов функционирования мозга, как, например, конструкция автомобиля не имитирует естественные методы передвижения человека в виде ходьбы или бега. Есть, однако, причина, по которой накопленные знания могут оказаться полезными. По многим важным параметрам мозг превосходит искусственные вычислительные устройства: он более надежен, экономичен и легко обучаем. В устройстве мозга и компьютера много существенных различий. Мозг не имеет центрального процессора, оперирующего четкими сигналами и обрабатывающего их по заданным программам. Напротив, он получает, как правило, недостаточно определенные сигналы — оценка их во многом зависит от контекста, и сам создает программы в результате обучения. Наряду с жесткими связями мозг использует и гибкие, образуемые на основе синхронизации ритмов деятельности нейронных ансамблей, благодаря чему он эффективно осуществляет поиск нужной информации, что лежит в основе ассоциативной памяти. Этот поиск включает в себя и элементы эвристики, неожиданных, но полезных решений.

Находка эволюции — принцип возврата информации к месту первоначальных проекций: вновь поступившие сведения сопоставляются с хранимыми в памяти. В мышлении механизм информационного синтеза получает наибольшее развитие. Как уже говорилось, в коре при этом возникают центры связей — фокусы взаимодействия, принимающие информацию из других отделов и синтезирующие ее. Данное положение указывает на существенный и неиспользуемый в большинстве искусственных нейросетей прием: нейронные сети мозга не гомогенны, а построены по иерархическому принципу.

Высшие функции мозга возникают, таким образом, на основе высокой степени интеграции специализированных звеньев в единую систему, представляющую собой более высокий уровень организации и обладающую поэтому иной логикой и закономерностями саморазвития. Эти законы способны в порядке нисходящей детерминации влиять на происходящие в отдельных звеньях системы процессы. Скажем, логика и грамматика речи могут управлять движением нервных импульсов, ответственных за артикуляцию. Отсутствие подобной нисходящей детерминации от общего к частному существенно отличает компьютер от живого мозга. По существу, видением общей задачи обладает лишь программист, а не центральный процессор.

Для обоснования своих взглядов Пенроуз использует теорему Гёделя о невозможности доказать вычислением правильность основных действий арифметики, например, 1 + 1=2. Но живое существо в этом убеждается, когда получает, допустим, два банана, добавляя в результате тех или иных действий к первому объекту второй. Причем, понимание сущности удвоения (или сложения вообще) возникает в эволюции раньше умения считать. Интересен случай, когда коренной житель севера не знал, сколько у него оленей, однако легко мог перечислить их по признакам. Ребенок может перебрать в памяти всех окружающих его людей или свои игрушки, хотя еще не знает счета.

Итак, мозг во многом работает не так, как компьютер. Тем более существенна задача органического соединения мозга с компьютером, интерфейса между ними. Наметились два пути решения этой проблемы. Один из шв — использование прямых сигналов мозга для управлении внешними устройствами. Например, созданы системы позволяющие набирать текст на экране монитора, используя электрические сигналы мозга.

Успешно работает в этом направлении академик Игорь Шевелев. В его опытах испытуемому показывали наборы букв, и на нужные мозг отвечал увеличенной волной вызванного потенциала. В перспективе - управление движением инвалидной коляски, а затем и решение более сложных задач. Другая область поиска - создание систем, которые позволяли бы по ЭЭГ или другим показателям проникнуть в содержание мозговых процессов.

Сотрудники нашей лаборатории разработали технологию распознавания типа совершаемой в уме мысленной операции по рисунку ЭЭГ. В этих опытах испытуемый решал задачи двух типов: на пространственное и вербально-логическое мышление. В процессе решения записывалась электроэнцефалограмма. Искусственная нейросеть (обучаемая компьютерная программа, как бы имитирующая работу нервных сетей) запоминала все комбинации спектров ЭЭГ по их топографии, частоте и амплитуде. Оказалось, что такие комбинации спектральных характеристик весьма устойчивы при решении задач определенного типа. Поэтому обученная нейросеть на других примерах могла распознавать тип решаемой человеком в данный момент мысленной задачи. Ясно, что такая разработка может найти применение при объективном автоматическом мониторинге, например, действий операторов сложных систем и принимаемых ими решений.

Не будет преувеличением сказать, что тот, кто соединит мозг и компьютер, научит искусственный разум работать вместе с мозгом, обогатив его надежной памятью и совершенными вычислениями, получит решающее преимущество в развитии современных технологий, определит развитие научно-технического прогресса в XXI в., обеспечит надежную оборону.

Мы еще многое не знаем о работе мозга, особенно о том, что лежит в основе его высших функций и человеческого сознания. Тем не менее, прогресс в этой области очевиден. Оптимистичны и рекомендации, которые наука о мозге может дать создателям искусственного интеллекта. И мозг, и компьютер находятся в физическом мире и подчиняются его законам. Никакой из перечисленных выше принципов работы мозга не выходит за эти рамки и поэтому может быть воспроизведен и усовершенствован в устройствах, созданных человеком.

За цикл работ по физиологическим основам восприятия, мышления, внимания и сознания человека Президиум Российской академии наук присудил золотую медаль имени В.М. Бехтерева 2007 г члену-корреспонденту РАН Алексею Иваницкому.

Читайте также: