Сознание и распределённые системы

Несколько иной подход к определению сознания и его механизмов развивается представителями нейронаук. Согласно эволюционной теории мозг развивался в филогенезе путем последовательного прибавления передних отделов, и каждое новое прибавление сопровождалось усложнением поведения и возникновением иерархической системы управления более каудальными, более примитивными структурами мозга. Однако достижения последних десятилетий позволили прийти к выводу, что, например, стремительное развитие новой коры в филогенезе пошло по пути умножения мозговых образований, однотипных в своей основе, а не путем возникновения новых типов нейронов или разных способов внутренней организации мозга.

Микроэлектродные и микроанатомические исследования позволили В. Маунткаслу обосновать концепцию распределенных систем. Основной единицей активности в новой коре является вертикально расположенная группа клеток (миниколонка, модуль) с множеством специфических связей по вертикальной оси и малым их количеством в горизонтальном направлении. Эти модули представляют собой локальные нейронные цепи из сотен или тысяч клеток. Миниколонки, объединяясь между собой, формируют макроколонки. В свою очередь связанные между собой группы модулей разных структур мозга формируют то, что и получило название распределенных систем. Каждая такая система распределена в пространстве мозга по горизонтали и вертикали, а активность ее модулей меняется во времени.

Распределенную систему характеризует избыточность потенциальных командных точек, а командная функция может в разное время локализоваться в разных точках системы. Известные гностические, командные и другие нейроны системного типа реагирования являются основными элементами таких точек.

Из концепции распределенных систем вытекают два важных следствия.

Во-первых, сложная функция, управляемая или выполняемая системой, не локализуется ни в одной из ее частей. Функция — это свойство динамической активности внутри системы: она заключена в системе как таковой. Как это меняет наши представления о соотношении структуры и функции!

Во-вторых, распределенные системы являются по определению и по полученным экспериментальным данным одновременно системами повторного входа и звеньями, связывающими входные и выходные каналы нервной системы. Это свойство распределенных систем способствует постоянному обновлению создаваемого перцептивного образа самого себя и себя в окружающем мире, формированию Я. Это внутреннее считывание заложенной информации и ее соответствие нервной копии (информационного эквивалента, нервной модели стимула) внешнего континуума рассматривается как объективный механизм сознательного восприятия. Системы повторного входа, обеспечивая встречу уже частично обработанной информации с актуально поступающими сигналами, существуют во всех распределенных системах, что позволяет говорить о них как об узловых механизмах сознания. Такое понимание сознания не препятствует его исследованию по крайней мере у высших животных.

Другие возможные механизмы сознания

Сознание является материальным процессом, обеспечиваемым работой мозга. Чем выше уровень бодрствования, тем активнее сознание. Резкое повышение уровня бодрствования приводит к ошибкам. Есть оптимальный уровень бодрствования, который обеспечивает нормальную работу сознания.

Модулирующие системы мозга (ретикулярная формация и лимбическая система) имеют решающее значение не только для поддержания уровня бодрствования, но и для обеспечения энергетического аспекта сознания. Кроме того, по-видимому, подкорковые структуры могут определять не только энергетическую, но и информационную составляющую сознания. Видная роль здесь отводится такой структуре как гиппокамп. Значение гиппокампа в обеспечении содержания сознания объясняется той ролью, которую тот играет в процессах памяти. Однако, несмотря на несомненный вклад гиппокампа и лимбической системы в целом в обеспечение содержания сознания, информационный аспект сознания формируется в основном за счет деятельности коры больших полушарий.

И. П. Павлов образно представлял сознание как перемещающуюся по коре зону повышенной возбудимости — "светлое пятно сознания" на темном фоне остальной коры. В настоящее время согласно данным, полученным с использованием метода ПЭТ-томографии, зона локальной активации действительно имеет вид светлого пятна на темном фоне. Современным аналогом представлений Павлова можно считать теорию "прожектора" (Крик). Решающая роль в ней отводится таламусу, именно он направляет поток возбуждения в кору больших полушарий. Причем процесс осуществляется таким образом, что в каждый данный момент времени только один из таламических центров находится в состоянии возбуждения, достаточном для создания в коре зоны повышенной возбудимости. Период такой высокой возбудимости длится около 100 мс, а затем усиленный неспецифическим таламическим возбуждением приток импульсов поступает к другому отделу коры. Область наиболее мощной импульсации создает центр внимания, а благодаря постоянным перемещениям потока возбуждения по другим участкам коры, становится возможным их объединение в единую систему. В качестве предполагаемого механизма, связывающего нейроны в единую систему, Крик рассматривает появление у них синхронизированных разрядов с частотой в гамма-диапазоне 35-70 Гц. Синхронизация нейронной активности является механизмом объединения клеток в ансамбль. Таким образом, согласно теории Крика, нейронные процессы, оказывающиеся в центре гипотетического "луча прожектора", определяют содержание нашего сознания в текущий момент времени, а функцию управления лучом прожектора выполняет таламус, создавая в разных зонах коры длящееся около 100 мс неспецифическое возбуждение (локальную активацию). Возникновение сознания становится возможным только при достижении определенного уровня возбуждения коры БП. Идея порога возбуждения как условия возникновения сознания, не может, однако, объяснить многие аспекты функционирования сознания.

Теории повторного входа (Эделмен). В этой теории в качестве центрального механизма возникновения сознания рассматривается механизм повторного входа возбуждения. Имеется в виду, что возбуждение, возникшее в группе нейронов первичной зоны коры, возвращается в ту же нейронную группу после дополнительной обработки информации в других нервных центрах или поступления новой информации из внешней среды, а также из долговременной памяти. Этот повторный вход дает возможность сопоставлять имевшиеся раньше сведения с изменениями, которые произошли в течение одного цикла обработки информации. Объединение двух потоков информации (первичного и вторичного) составляет один цикл или повторяющуюся фазу активности сознания. Прохождение одного цикла возбуждения осуществляется за 100-150 мс. Повторяющиеся циклы создают нейрофизиологическую "канву" сознания.

Представления Дж. Эделмена получили дальнейшее развитие, в частности, в концепции А.М. Иваницкого (1997). Центральное место в этой концепции занимает понятие информационного синтеза, предусматривающее объединение информации о физических и семантических особенностях стимула. Информация о физических свойствах стимула поступает по сенсорно-специфическим путям, а информация о значимости стимула извлекается из памяти. Синтез этих двух видов информации (текущей и извлекаемой из памяти) обеспечивает возникновение ощущения. Этот процесс осуществляется с периодом квантования приблизительно в 100-180 мс. Опознание стимула происходит с участием лобных областей мозга, приблизительно через 300 мс от момента предъявления. Последовательное поступление информации от рецепторов приводит к повторному движению возбуждения по указанному кольцу, обеспечивая постоянное сопоставление сигналов, приходящих из внешней и внутренней среды.