<<
>>

1. Дух и материя

Загадочные отношения между духом и материей завораживали людей еще в глубокой древности. Однако кажущаяся нам сейчас столь очевидной связь между мозгом и мышлением оставалась для них тайной.

Древние греки, например, называли мозг епсерЬсйоз, что означает приблизительно «то, что содержится в голове». Никаких более точных представлений у них не было. Впрочем, уже Гиппократ пришел к выводу, что мозг имеет отношение к мышлению; Аристотель, однако, придерживался совершенно противоположного мнения, считая местом обитания человеческого духа сердце. И только во II в. н. э. греко-римскому врачу Клавдию Галену удалось окончательно установить, что именно мозг является органом мышления и восприятия. Гален изучал анатомию человека, наблюдая раненных гладиаторов и вскрывая трупы животных. В наш же, просвещенный естественнонаучным мышлением век систематическими исследованиями деятельности человеческого мозга занимаются несколько различных дисциплин: психология, лингвистика, психофизика и (в патологических случаях) психиатрия. С другой стороны, мозг как материальное образование сам является объ-ектом интенсивного изучения в нейроанатомии, физиологии, нейрохимии и нейрофизике (последняя занята исследованием электромагнитных полей, генерируемых головным мозгом). В начале книги мы будем руководствоваться именно таким раздельным подходом к изучению мозга: с одной стороны, исследованием его психической деятельности, а с другой стороны — его физического строения. Мы познакомимся с исследованиями, рассматривающими мозг как невообразимой сложности узор, состоящий из отдельных нервных клеток (так называемых нейронов), обладающих определенными свойствами. И хотя описываемый здесь метод, основанный преимущественно на экспериментальных данных, приводит к поразительным заключениям о том, как функционирует мозг на уровне нейронов, пользуясь лишь этим методом, невозможно понять, как же все-таки протекает процесс восприятия, и ключевой вопрос — как от- дельные нейроны, взаимодействуя, обеспечивают этот процесс — остается без ответа.

Ответ мы попытаемся найти, основываясь преимущественно на принципах синергетики — науки, в которой понятие «взаимодействие» играет центральную роль.

В этом и будет заключаться второй — синергетический — подход к изучению мозга, причем границы этого подхода будут подвергнуты всестороннему критическому анализу.

Мы, конечно же, не ожидаем, что наш читатель окажется экспертом в области синергетики; мы предполагаем даже, что само понятие может оказаться для него новым. Уже в следующей главе мы покажем, как просты и одновременно поразительны основные идеи, породившие это направление в науке. При синергетическом подходе к изучению деятельности мозга для нас становится особенно важным выразить наши мысли как можно более конкретно. Поэтому мы не только дадим качественную картину применения синергетики в исследованиях деятельности нейронов, но и представим синергетический компьютер как детализированную модель процессов мышления и восприятия, с помощью которой мы займемся подробным изучением удивительной связи между процессами, протекающими на микроскопиче-ском уровне (нейроны), и макроскопическими процессами, характеризующими восприятие. Здесь нам необходимо оговорить возможные недоразумения. Говоря о синергетическом компьютере, мы не имеем в виду создание некоей усовершенствованной модели уже существующих компьютеров; речь идет, скорее, о том, что теперь модно называть новой парадигмой. Мы определяем мозг как самоорганизующуюся систему; компьютер обеспечивает детальное моделирование процессов самоорганизации такой системы. Это очень похоже на процессы роста и развития, протекающие в живой природе. Мы вполне можем воспроизвести на компьютере целый ряд таких процессов, но вряд ли кто-нибудь возьмется утверждать, что компьютер играет сколько-нибудь важную роль в процессах, реально протекающих в природе.

Что же побуждает нас определить мозг как самоорганизующуюся систему, и что вообще представляет собой самоорганизация? Сделаем для начала несколько вводных замечаний. Как известно, вся наследственная информация передается определенными молекулами, называемыми ДНК. Исходя из этого можно предположить, что ДНК выступает в роли некоего проекта, по которому происходит «строительство» нейронных связей и который с самого начала предопределяет «монтажную схему» мозга.

Однако эксперименты, проводившиеся известными нейрологами, выразительней-шим образом доказывают, что формирование синапсов, т. е. межнейронных связей, в значительной степени определяется влиянием окружающей среды. Опишем в нескольких словах один из подобных экспериментов. Совсем маленькому котенку один глаз завязывают, а второй оставляют открытым; участок мозга, который «в проекте» должен был отвечать за зрение и предназначался для двух глаз, перестраивается таким образом, что весь целиком оказывается занят обработкой зрительной информации, воспринимаемой только одним, оставшимся открытым, глазом. Когда же на более поздней стадии развития котенка освобождают от повязки, информация, воспринимаемая вполне здоровым глазом, уже не обрабатывается мозгом, и котенок остается в некотором смысле «одноглазым», хотя имеет два вполне видящих глаза и должен, казалось бы, пользоваться ими обоими. Результаты этого эксперимента применимы и к человеку: если ребенку, имеющему врожденные дефекты зрения, вовремя не оказана необходимая помощь, в мозге образуются неверные нейронные связи, и ребенку уже никогда не удастся вернуть нормальное зрение. В другом эксперименте котят помещали в окружение, полностью лишенное вертикалей; впоследствии животные оказывались в состоянии воспринимать только горизонтальные линии. Эти факты ясно показывают, что мозг в процессе формирования синапсов выступает как самоорганизующаяся система. Естественно, основные структуры задаются ДНК, однако Природа с успехом поддерживает хрупкое равновесие между предопределенностью структур и процессами их самоорганизации.

Но процессы самоорганизации оказываются значимыми не только во время роста и развития мозга — они оказывают влияние и на формирование мышления. Уместен вопрос: будут ли общие принципы самоорганизации, открытые в рамках синергетики, распространяться и на мозг? Исследования в области синергетики обнаруживают практически повсеместное распространение этих принципов, и было бы, наверное, странно, если бы они остались неиспользованными Природой при создании мозга.

Для того чтобы превратить это несколько расплывчатое предположение в реальный ключ к пониманию психической деятельности мозга, вернемся к уже упо-минавшемуся синергетическому компьютеру. Такой компьютер оказывается в состоянии воспроизвести основные процессы восприятия человеческим мозгом окружающего мира; построен же этот компьютер на синергетиче- ском принципе самоорганизации.

Здесь, пожалуй, необходимо сказать несколько слов об истории компьютерного моделирования. В связи с развитием электроники особую важность приобрел вопрос о том, способны ли машины достичь человеческого уровня психической деятельности (и не превзойдут ли они нас?!). В 50-е годы в США этот вопрос даже послужил причиной возникновения совер-шенно нового научного направления, связанного с так называемым искусственным интеллектом. В наши дни никого не удивляет, что обычные персональные компьютеры способны не только оперировать числами (например, складывать, умножать, делить и т. п.), но и выступать в роли текстовых процессоров, т. е. выстраивать и упорядочивать ряды букв или других символов. Однако в те времена, на заре компьютерной эры, открытие того, что компьютеру подвластны не только числа, но и символы вообще, было подлинной революцией. Ведь что, собственно, представляют собой мыслительные процессы? Да не что иное, как некое упорядочивание символов в соответствии с определенными законами (так тогда полагали). Сегодня вряд ли кто-нибудь станет утверждать, что текстовый процессор способен мыслить; и в самом деле, до сих пор никто не смог добиться ни от одного текстового процессора ни одной оригинальной, лично им сочиненной идеи. Однако обработка символов им дается легко, и уровень ее повышается с каждым годом; программисты собирают дань уважения и восхищения.

И все же сложности остаются. Даже самые быстродействующие из компьютеров оказываются слишком медлительны для того, чтобы воспроизвести некоторые психические способности человеческого мозга. Одна из них — способность к распознаванию образов.

И эта медлительность тем более поразительна, что нейроны (отвечающие за обработку информации элементы нашего мозга) обладают меньшей скоростью реакции, нежели соответствующие им элементы компьютерных процессоров. Единственным выходом из этого парадокса может, пожалуй, послужить идея о том, что процессы, связанные с распознаванием образов человеческим мозгом, протекают не последовательно, как это происходит в «голове» компьютера, а парал-лельно. Уже в 1943 году американскими исследователями У. Маккаллоком и У Питтсом была представлена математическая модель нейронных связей, которая — при всей ее упрощенности — оказалась способной к осуществлению целого ряда логических операций. Модель имела заслуженный успех, но вскоре оказалась почти совсем забыта — и пребывала в забвении вплоть до 80-х годов. Ренессанс ее был связан с начавшимися в это время интенсивными исследованиями в области создания так называемых нейрокомпьютеров, о которых мы еще будем говорить в этой книге. Исследования эти, как мы увидим позже, были сопряжены с целым рядом принципиальных проблем, само возникновение которых свидетельствовало о том, что избранный учеными путь к пониманию когнитивных способностей человеческого мозга — далеко не единственный. Альтернатива все та же: концепция синергетического компьютера. Исходным пунктом наших рассуждений служит идея о том, что пси-хическая деятельность мозга протекает в соответствии с основными принципами самоорганизации — законами, которым подчинены и мозг, и си- нергетический компьютер. На сегодняшний день это предположение является, возможно, лишь смелой гипотезой, которую, впрочем, мы можем постепенно проверить. При этом, конечно, чрезвычайно важно сконцентрировать внимание на таких психических процессах, которые могут быть исследованы с наибольшей возможной точностью и достоверностью. С другой стороны, эти процессы должны быть достаточно сложными, чтобы подтвердить валидность результатов и значимость нашей концепции в целом.

Исходя из этих требований мы решили избрать в качестве объекта исследования область психической деятельности, ограниченную зрительным восприятием. Изучая круг вопросов, касающихся обработки поступающей в мозг визуальной информации, мы ознакомимся и с результатами психологических и психофизических исследований, демонстрирующих удивительную соотнесенность с общей концепцией синергетики. И наконец, мы покажем, как синергетический компьютер в качестве модели самоорганизации оказывается мостом между нейронным микромиром и восприятием, осуществляющимся на макроскопическом уровне.

<< | >>
Источник: Хакен Г., Хакен-Крелль М.. Тайны восприятия. — Москва: Институт компьютерных исследований, 2002, 272 стр.. 2002

Еще по теме 1. Дух и материя:

  1. Продолжение о природе этой магнитной материи и о ее стремительном потоке. О магнитных каналах
  2. ПРОФИЛАКТИКА ПЕРЕДАЧИ ВИРУСА ИММУНОДЕФИЦИТАЧЕЛОВЕКА ОТ МАТЕРИ РЕБЕНКУ
  3. Дети от матерей с сахарным диабетом
  4. Затруднения при естественном вскармливании со стороны матери
  5. Вселенной основа - фундаментальное слияние Материи и Энергии.
  6. ДУХ И МАТЕРИЯ
  7. Изменение генетического материала
  8. Редукция актуального материала к инфантильному
  9. Подготовка материала
  10. Приготовление скелетного материала
  11. 1. Дух и материя