Как отметил, в свое время, профессор МГУ Александр Каплан: На сегодняшний день имеется огромное количество экспериментальных данных, которые мы не можем интерпретировать. В дальнейшее обоснование тезиса, что все сенсорные системы мозга работают по одному принципу, и осознание – это одна из таких сенсорных систем, сделаем попытку, в рамках предлагаемой схемы, дать свою интерпретацию одному наблюдаемому процессу.
В главе «Свобода воли, как величайшая иллюзия”» приводилось множество примеров, призванных указать на иллюзорность «свободы воли». Здесь будет уместно напомнить несколько положений из той главы: В свое время Альберт Эйнштейн заметил, что мысль приходит в голову не в словесной, а какой-то иной форме, и лишь потом на втором этапе приходится переводить ее на общепонятный язык, порой с большими трудностями. Вот строки из его письма, адресованного Жану Адамару, французскому математику и психологу, проводившему анкетный опрос математиков о процессе их творчества: ”Слова, написанные или произнесенные, не играют, видимо, ни малейшей роли в механизме моего мышления. Психическими элементами мышления являются некоторые, более или менее ясные, знаки или образы, которые могут быть “по желанию” воспроизведены и скомбинированы”. А вот как сказал о своем озарении, о том, как после многолетних неудач его вдруг осенило доказательство теоремы целых чисел, знаменитый математик Карл Гаусс: – “Решение промелькнуло в моем мозгу как внезапная вспышка молнии. Я не могу сказать, что явилось связующей нитью, соединившей мои прошлые знания с мыслью, которая натолкнула меня на верное решение”.
Ж.Адамар отмечает, что открытия в математике совершаются в форме озарений, где не участвуют ни слова, ни собственно математические символы. Лишь потом, когда уже все понятно, ученый переводит новое знание в привычную знаковую систему. “Я не могу рассказать, – замечает Д.Пойа, – истинную историю того, как происходит открытие, потому что этого никто не знает”.
Но ученый не знает не только этого. Сделав открытие, он часто бессилен его доказать, то есть вывести по правилам логики из принятых наукой положений, опираясь на факты и законы. Карл Гаусс заметил однажды, что уже давно имеет результат, но ему неизвестно, каким путем он сможет до него дойти. А.Эйнштейн, например, рассказывая о найденных им методах вычисления орбиты Меркурия, вспоминал, что он был совершенно убежден в очевидности результата еще до вычисления.
То есть, сначала в мозге формируется смысловая конструкция.
Так и в зрительной системе, в самые первые моменты после саккадического скачка распознаются грубые детали картинки с низкой пространственной частотой Затем последовательно «прорисовываются» все более тонкие элементы. В монографии В.Д.Глезера “Зрение и мышление” есть такой рисунок: лиса ловит сачком бабочку, а рядом скачет козленок.
При сорока миллисекундах экспозиции человек ничего не видит. При восьмидесяти – говорит, что “кто-то поднял что-то на кого-то”. При ста шестидесяти видит сачок и какое-то животное и только при трехстах двадцати миллисекундах опознает лису.
Итак: сначала в мозге формируется смысловая конструкция, и лишь затем, смысл происходящего, или сущего обличается в предложения, фразы и слова. Это может прочувствовать каждый на своем опыте, когда мысль уже «пришла», а выразить словами вы ее еще не можете. А порой, бывает так, что мысль «промелькнет», а вы не успеваете даже уловить ее.
Если вы в совершенстве владеете двумя или более языками и зададите себе вопрос: на каком языке вы думаете, то с удивлением обнаружите, что думаете вы вовсе не с помощью языка. А, «умная мысль» приходит к вам в какой-то неясной форме. И, лишь тогда, когда вам надо ее изложить, вы переводите ее на тот или иной язык. Надо понимать, что и ваша внутренняя речь – это тоже предварительная попытка перевести, уже более или менее оформленную мысль, на понятный язык.
Всякого рода ассоциации, вызываемые наблюдаемой в данный момент картинкой, возникают из-за сходственных, исключительно низкочастотных пространственных элементов картинок или мысленных конструкций. Затем, последовательно всплывают в памяти и мелкие детали с все более высокой пространственной частотой. Зачастую, мы можем не понять, что вызвало у нас то или иное воспоминание.
При формулировании, возникшей, “невесть откуда”, мысли мы, а вернее наш мозг, не складывает слова в предложения или фразы, но извлекает из памяти целые готовые конструкции. Маленькие дети общаются с нами готовыми фразами, не разделяя их на слова – это умение приходит позже. Порой, произнеся какую-нибудь замысловатую фразу, сами удивляемся – как здорово получилось. Прочтите фрагмент произведения автора XVIII – XIX веков и попытайтесь этот фрагмент пересказать. У вас, конечно, это получится, но самою эту “смысловую конструкцию” вы перескажите на современном языке, поскольку речевые обороты, которые использовали наши предки, в нашей памяти отсутствуют.
И, наконец, на последнем этапе, мы, уточняя формулировку, начинаем варьировать словами, что требует подключения более высокочастотных нейронных структур. И, по-видимому, еще более высокочастотные нейроны должны участвовать в мыслительном процессе, если нам приходится обращаться к грамматике. Надо сказать, что подавляющее большинство людей (и автор в их числе) не помнят очень сложной грамматики русского языка и, тем не менее, достаточно грамотно пишут и говорят на нем. При изучении иностранного языка не следует сразу «вгрызаться» в грамматику. Достаточно говорить на нем в языковой среде и много читать. К слову, сегодняшние молодые люди, в массе своей, косноязычны, поскольку практически не читают и, соответственно, с трудом формулируют свои мысли, так как мозг не может извлечь из памяти подходящую словесную конструкцию. В лучшем случае, в их арсенале будут односложные предложения.
Вернемся к зрительному анализатору: В предыдущей главе, мы рассмотрели прохождение и преобразование сигналов от фоторецепторов до наружного коленчатого тела (НКТ) таламуса. Каждая точка сетчатки точно проецируется на определенную точку наружного коленчатого тела. Строгий топографический порядок связей наблюдается и между клетками различных слоев НКТ.
Проекции каждого рецептивного поля сетчатки находятся непосредственно одна под другой в слоях НКТ, так что можно выделить участок, образованный колонками клеток, пересекающий все слои наружного коленчатого тела.
Локальное точечное повреждение сетчатки приводит к развитию дегенерации небольших, но четко очерченных скоплений клеток в трех слоях наружного коленчатого тела.
В НКТ обнаруживается эффект «стягивающихся», или «пульсирующих» полей (по В.Е.Демидову). В терминах В.Д.Глезера – перестраивающиеся рецептивные поля. (Чтобы лучше понять материал этой главы желательно предварительно прочесть предыдущую). Вот как все это будет выглядеть на схеме:
Возбуждение или торможение, которое будет передаваться в высшие отделы мозга, определяется на уровне биполярных клеток. Они будут либо тормозными, если при действии света происходит их гиперполяризация, либо происходит их возбуждение, при их деполяризации. Обозначения «+» и «-» на кольцах рецептивных полей изображены для наглядности. Биполярные нейроны передают на амакриновые клетки суммарный аналоговый сигнал, то есть, сигнал, изменяющийся плавно и непрерывно. Амакрины передают ганглиозным клеткам (ГК) сигналы уже в импульсной форме. На ганглиозную клетку через амакрины конвергируют несколько биполяров. Аксон ганглиозной клетки образует синапсы с несколькими нейронами НКТ. На нейрон НКТ, в свою очередь, конвергируют 1–3 ганглиозных нейрона (по В.Д.Глезеру). (см. рисунок)
Внешние возбуждающие и тормозные кольца рецептивного поля (РП) собирают информацию от большего количества фоторецепторов. Следовательно, они более инерционны, и эволюция «должна была предусмотреть» у промежуточных нейронов этих рецептивных колец – биполяров – низкочастотные синапсы, то есть, синапсы, пропускающие импульсы низкой частоты. А, по мере уменьшения размера колец РП, частота пропускания синапсов должна увеличивается, что способствует распознаванию все более мелких элементов картинки. Так, в предлагаемой версии, осуществляется Фурье-анализ наблюдаемой картинки.
Для многих объектов или событий низкие частоты совпадают, поэтому у нас возникают ассоциации, казалось бы, с не связанными между собой событиями.
Нейроны НКТ далее передают в кору сигналы последовательно от низких частот к высоким по множеству нервных волокон. Заштрихованный фрагмент РП 3 изображает равномерно засвеченный, или малоконтрастный участок рецептивного поля, где возбуждающие сигналы, приходящие на ганглиозный нейрон полностью компенсируются тормозными. Другими словами, очень мелкие фрагменты картинки с высокой пространственной частотой при недостаточном освещении, зрительная система не распознает.
Наблюдается и строгий порядок связей между клетками различных слоев НКТ. Такая конструкция позволяет последовательно передавать в высшие отделы мозга сигналы сначала низкочастотные, а затем все более высокочастотные, и это согласовано с пространственными частотами наблюдаемой картинки. Будем помнить, что рецептивные поля – врожденные конструкции.
Распределение низких и высоких частот проявляется и в межполушарной ассиметрии. Эксперименты на расщепленном мозге показали, что для левого полушария важно, чтобы картинка содержала как можно больше деталей, выглядела как можно реалистичней. Контурный рисунок для него – неодолимое препятствие. Тогда как правое полушарие распознает картинку тем легче, чем она схематичней.
Метод вызванных потенциалов (ВП), то есть регистрация электрических ответов мозга на различные стимулы: зрительные, слуховые и т.д. показывает, что ВП в задних отделах правого полушария опережают по времени ВП в левом полушарии, то есть, в правом полушарии осуществляется первичный (низкочастотный) анализ стимулов. Такая асимметрия ВП максимально выражена в височных областях мозга, а также имеет место в премоторных зонах коры, причем при усложнении стимулов, степень асимметрии ВП возрастает.
В ряде источников приводят такой рисунок активности рецептивных полей, при этом, не достаточно четко поясняют, почему возникает возбуждение в off-области, при смене освещения тьмой. ( Абзац, прописанный курсивом можно пропустить без ущерба для понимания самого процесса).
Здесь следует пояснить, как on- и off-поля отвечают не только на соответствующие пятна в центре, но и на кольца противоположного знака. Дело в том, что если мы освещаем рецептивное поле, например, с on-центром и off-периферией, то кроме возбуждения on-центра, изменяется – в данном случае возрастает – средний уровень освещенности в окрестностях этого поля, который устанавливается горизонтальными клетками. И, в первые моменты вырабатывается сигнал ганглиозной клеткой. Далее, развивается торможение от off-области, которое компенсирует возбуждение on-области. Ганглиозная клетка становится нейтральной и не передает сигнал дальше, до того момента, пока свет не сменится тьмой. Мы помним, что средний уровень освещенности в окрестностях этого рецептивного поля повышен и, при выключении освещения этого рецептивного поля, ганглиозная клетка вновь начнет подавать сигнал, до тех пор, пока локальный уровень активности горизонтальных клеток не сравняется со средним уровнем (освещенности) по всей сетчатке. После чего, ганглиозная клетка перестает подавать сигнал.
То есть, такая конструкция рецептивных полей, и сетчатки в целом, позволяет передавать в высшие отделы мозга информацию об изменении уровня освещенности, по сравнению со средним уровнем, в данной точке в каждый момент. А, уровень освещенности меняется с частотой около 100 Гц, благодаря высокочастотному тремору глаза. Механизм, подобный тому, который реализован в сетчатке, каждый может обнаружить на собственном опыте. Подержите правую, например, руку под холодной водой, а затем опустите обе руки в теплую воду. Для правой руки вода покажется горячей, но с течением времени ощущения сравняются.
Наружное коленчатое тело соединяют с корой многочисленные волокна. Здесь отметим только нижние волокна, которые, делая петлю вокруг желудочков мозга, направляются к его височной доле. Вспомним, что медиальная височная доля, или нижневисочная кора (НВК) связана с распознаванием сложных объектов, в частности, это зона распознавания лиц. То есть, в нашей версии, в эту область коры поступают высокочастотные импульсации после Фурье-разложения сигнала в НКТ. В другие области по другим волокнам идут импульсации с менее высокими частотами. Это области распознавания деталей картинки с другими пространственными частотами.
В то же время, на функции наружного коленчатого тела влияют и более высокие центры мозга. Нейроны VI слоя зрительной коры проецируются назад на все слои наружного коленчатого тела. (По этой причине незначительное повреждение зрительной коры вызывает атрофию нейронов во всех шести слоях наружного коленчатого тела). Функции этих обратных волокон нам еще предстоит выяснить.
* * *
Все главы рубрики «Введение в теорию мозга» можно читать вне общего контекста. Но, для лучшего понимания организации мозга, желательно читать их в пронумерованной номерами глав последовательности.
* * *
Если Вы не специалист в этой области, а просто любознательный человек, то, в случае не ясного для Вас изложения материала, задавайте вопросы. От специалистов жду возражений, уточнений, опровержений и другой конструктивной критики.
* * *
Американские ученые об индексах цитирования.
Бесполезно строить теории, если нет опытных данных, которые вводили бы рассуждения в определенное русло и контролировали их. Но, в свою очередь, опытные данные могут оказаться бессмысленной кучей хлама, если нет концепций и гипотез, которые направляли бы и ограничивали экспериментальные исследования
Майкл А. Арбиб “Метафорический мозг”
Американские ученые, изучив 1,8 миллиарда цитат из 90 миллионов статей по 241 теме, обнаружили, что обширный поток научных публикаций не приводит к смене центральных идей, а скорее ведет к застою в той или иной области знаний. В тех областях, где ежегодно публикуется множество статей, исследователи сталкиваются с трудностями при публикации, если только их работа не ссылается на уже широко цитируемые статьи. Всё это говорит о том, что прогресс в фундаментальных исследованиях может зайти в тупик, если рост научных публикаций ученых старой школы не будет соседствовать с критическими публикациями и возникновением альтернативных школ, фокусирующих внимание на новых идеях.
Казалось бы, чем больше работ опубликовано в той или иной области, тем выше темпы научного прогресса; чем больше исследователей, тем шире охват проблемы. Однако, огромное количество новых статей может лишить читателя возможности ориентироваться в этом потоке информации в поиске новых идей. Оценка работы исследователя по существующему сегодня в ученом мире показателю «индекса цитируемости» приводит к плачевным результатам. “Качество” научной работы также оценивается, преимущественно, количественно. Количество цитирований используется для измерения важности работы, как отдельных ученых, так и тех или иных научных школ. Таким образом, ориентация той или иной научной школы на количество может препятствовать прогрессу в фундаментальных областях. Это пагубное воздействие будет усиливаться по мере того, как ежегодная масса публикаций в каждой области будет продолжать расти, что почти неизбежно, учитывая укоренившиеся взаимосвязанные структуры, ориентирующие и мотивирующие и ученых, и научные школы именно на количество публикаций.
Широкий поток все новых статей может привлекать внимание ученых к уже хорошо цитируемым работам и ограничить внимание к менее авторитетным работам, даже тем, которые содержат новые, полезные и потенциально прогрессивные исследования. И, вместо того, чтобы обеспечивать поиск новых идей в той или иной области, поток публикаций в старой парадигме закрепляет в рейтинге широко цитируемые статьи, не позволяя новым работам подняться до наиболее цитируемых и общеизвестных «канонических» работ. Публикация каждой новой статьи непропорционально увеличивает количество цитирований для уже наиболее цитируемых статей. Список таких статей будет мало меняться из года в год, и парадигма костенеет. Даже хорошо зарекомендовавшие себя известные ученые гораздо чаще цитируют канонические статьи, когда публикуют другие свои работы.
Новая идея, которая не вписывается в существующую парадигму, с меньшей вероятностью будет опубликована, прочитана или процитирована. То есть, авторов вынуждают жестко соотносить свою работу с известными работами, которые служат, своего рода, ориентирами того, как следует понимать новую работу, и, по сути, ограничивают работы над слишком новыми идеями, которые не могут быть легко соотнесены с существующим каноном.
Доля вновь опубликованных работ, развивающих уже существующие научные идеи, постоянно увеличивается, а доля критических статей и статей, опровергающих существующую парадигму, уменьшается, и вероятность того, что новая статья, в конце концов, пробьется к читателю, крайне мала. Другими словами, в большинстве своем, новые опубликованные статьи, как правило, скорее развивают существующие идеи, чем подвергают их сомнению, и редко запускают альтернативные пути исследований.
Если американские учёные ошибаются, и дело вовсе не в «подавлении» прорывных результатов, а в их отсутствии, то вывод грустный: несмотря на рост усилий, в слишком многих областях науки уже не удаётся открыть или придумать чего-то действительно нового и прорывного.
Если же исследователи правы, то вывод всё равно грустный: вместо добычи принципиально новых знаний подавляющее большинство учёных занимаются подтверждением уже существующих идей и бесконечным взаимным цитированием. При этом количество публикуемых работ так велико, что в потоке научного шлака уже тяжело найти немногочисленные ценные публикации.
