Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА», 2022, T. 3, № 4, стр. 443-448

ВВЕДЕНИЕ

Нейробиологические механизмы феномена сознания и других когнитивных функций, несмотря на все усилия мирового научного сообщества и все более совершенные методы исследований, остаются до сих пор далеко неясными [1–3]. “Научный путь к пониманию феномена разума, несомненно, существует”, но пока этот феномен как некая “высшая тайна всего сущего” не имеет фундаментального биологического объяснения [4].

Цель настоящей работы – вынесение на научное обсуждение нового концептуального принципа механизмов сознания человека, выдвинутого как гипотеза, в основу которой положено представление об обратной (относительно сенсорной) функции органов чувств.

Понятие “сознание” в различных областях науки (медицина, философия, психология и др.) имеет неоднозначную интерпретацию. В данной работе “сознание” трактуется как “многогранное понятие, состоящее из двух основных компонентов: осознания окружающей среды и самого себя” [5], и рассматривается в качестве когнитивной функции, обеспечиваемой синергичной деятельностью структур головного мозга, сенсорных органов и речевого аппарата в целостной системе организма.

Представления о механизмах сознательной деятельности и роли мозга в этом процессе прошли длительный путь развития от теорий античных философов до современных концепций системоквантов, голографического принципа формирования в мозге информационного экрана и других гипотетических построений [6]. Так, в [7] пытались ответить на вопрос: “Как физические процессы в мозге порождают субъективные переживания?” В этом аспекте выделены две проблемы: легкие и трудные. К легким проблемам отнесена способность распознавать внешние стимулы и реагировать на них, способность интегрировать информацию, осуществлять волевой контроль над поведением и т.п., т.е. все, что может быть объяснено в понятиях физиологических функций. Трудной проблемой считается лишь одна, а именно, проблема сознательного опыта или сознания как такового. Согласно [7] существует лишь физическая субстанция, обладающая дуализмом несводимых друг к другу свойств, а именно свойствами ментальными и физическими. Двусмысленность понятия сознания часто приводит к концептуальной путанице, при этом основной тезис, что сознание нематериально, далеко не нов. По сути не дан ответ на вопрос: “Какие процессы в мозге порождают субъективные переживания?”

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Взаимодействие между восходящими и нисходящими процессами обработки информации в мозге лежит в основе завоевавшей в последнее время популярность концепции предсказательного кодирования, рассматриваемой в качестве нового обобщающего принципа работы когнитивной системы и головного мозга [8]. В своей сущности этот подход в моделях обработки информации человеком базируется на хорошо и давно известном принципе обратной связи в теории функциональных систем П.К. Анохина и, несомненно, важен для поиска путей к пониманию функциональной организации мозга, но несколько странно говорить о его новизне в наше время. По сути концепция предсказательного кодирования является развитием теории функциональных систем на современном этапе.

Нейрофизиологические эксперименты и клинические наблюдения позволили установить многие важные закономерности деятельности отдельных элементов мозга. Последняя декада XX столетия даже была названа “десятилетием мозга” и предполагала прорыв в этой проблеме, поскольку благодаря использованию неинвазивных методов позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и компьютерной обработки физиологической информации стало возможным, по словам Н.П. Бехтеревой, “…строить новую функциональную анатомию мозга человека” [9]. Действительно, результаты компьютерной нейровизуализации с помощью ПЭТ, магнитно-резонансной томографии (МРТ), ИК-спектрометрии и других методов позволили создать объективную картину функциональной организации структур мозга человека в норме и при некоторых видах патологии [10–13]. Широкий объем проводимых исследований по проблемам сознания отражен в обзорных работах Е.П. Велихова [14], А.М. Иваницкого [15] и многих других ученых.

Наиболее распространенное объяснение нейрофизиологических механизмов сознания заключается в представлении о том, что образы внешнего мира после предварительного преобразования в сенсорных органах в виде последовательностей электрических сигналов поступают по нервным волокнам в соответствующие области головного мозга. Эти области включают в себя медианные отделы лобных долей, оба гиппокампа и несколько структур задних отделов новой коры, в частности височно-теменно-затылочные области левого и правого полушарий, обеспечивающие интеграцию сведений от основных сенсорных систем – зрения, слуха, обоняния, соматосенсорной чувствительности и вестибулярного аппарата [13]. В коре головного мозга сенсорные электрические сигналы каким-то образом идентифицируются, интегрируются, перерабатываются (перекодируются) и сохраняются (запоминаются). Нейроны, обладая способностью к пространственно-временной самоорганизации в функциональные ансамбли, за счет многочисленных синаптических связей образуют нейронные сети, которые определяют интегративную реакцию, направленную на достижение цели, необходимой в зависимости от совокупного образа внешнего явления, сформированного сенсорными сигналами. При этом предполагается, что именно в коре головного мозга происходит высшая переработка всей сенсорной информации: хранятся сведения о событиях прошлого, формируются образы явлений окружающего мира, идет процесс осознания этих явлений, вырабатывается стратегия поведенческих реакций в соответствии с внешней обстановкой и субъективной мотивацией.

Подчеркнем, что кратко изложенные в приведенном выше абзаце устоявшиеся представления о современной нейрофизиологии не содержат в себе какой-либо объективной логической основы для формирования мыслеобразов и понимания механизмов сознания в целом. Если, по мнению Н.П. Бехтеревой: “… важнейшей стратегической задачей в науке о мозге человека является исследование мозгового кода мысли” [9], то в вопросах объяснения возможных механизмов кодирования мысли в электрической нейронной активности ясности нет. “Действительно, никто еще не показал конкретный механизм перехода электрической активности нейрона в мысль” [16]. Встает также вопрос, на каком биологическом “экране” проецируются зрительные образы, например, при сновидениях? У спящего как бы на внутреннем экране возникают зрительные образы знакомых либо неизвестных лиц, картины событий прошлого или фантастических событий, часто отрывочных и в различных сочетаниях. Это происходит в фазе быстрого сна, причем в этот период наблюдается интенсивное движение глазных яблок (феномен быстрого движения глаз (БДГ)), часто сопровождаемое феноменом “разговора во сне”. Эти факты предположительно могут быть охарактеризованы в аспекте компьютерной логики как “сканирование” в период БДГ мнимых зрительных образов с одновременной их координацией словесным кодом (разговор во сне). Объяснения вопросу об “экране” для зрительных образов, его местоположении, морфологии и функции современная нейрофизиология дать не может. В этом аспекте правомерно рассмотреть гипотезу Судакова [6] о голографическом механизме формирования зрительных образов, при этом обратив внимание на морфологические особенности стекловидного тела глаз, представляющего собой гелеобразную объемную структуру, возможно, с присутствием жидкокристаллических свойств.

На пути поиска нейробиологических механизмов сознания в большинстве современных исследований доминирует желание построить модель функции мозга по аналогии с компьютером, оперируя понятиями “память”, “кодирование”, “скорость обработки информации”, “интерфейс” и т.д. В этом ключе возникло вполне логичное представление о мозге как “биологическом интерфейсе”, необходимом элементе, выполняющем центральную интегрирующую и коммуникационную функцию [17], поскольку физиологические процессы гомеостаза, адаптации и другие связаны с деятельностью мозга на всех уровнях системной иерархии организма начиная с эмбриональной стадии развития [18].

Феномен сознания непосредственно связан и существует в совокупности с феноменами памяти, мышления и другими когнитивными функциями. В свое время С. Роуз в книге “Устройство памяти. От молекул к сознанию” пришел к парадоксальному, как ему тогда казалось, выводу о том, что “…в некотором важном смысле память и вовсе не заключена в каком-то небольшом наборе нейронов, а должна пониматься как свойство всего мозга и даже целого организма… Поэтому уровень, на котором возможно понимание памяти это уровень системы в целом” [19]. Поиски “места” хранения информации (памяти) в головном мозге, как известно, например, из многочисленных экспериментов К.С. Лешли, к успеху не привели [20]. В настоящее время совершенно ясно, что области локализации проекций тех или иных однотипных сенсорных стимулов в коре мозга варьируют и имеют отражение в различных ее зонах [11, 13].

Тем не менее, по-видимому, существуют и строго локализованные варианты. W. Penfield и L. Roberts описывают результаты клинических исследований, в которых локальное электрическое раздражение в определенной точке верхней поверхности височной доли коры пациента вызывало воспоминание о прошедшем событии с детальным описанием места события и происходивших там действиях: “Как будто больной вновь переживает какой-то прошедший период времени и осведомлен о тех вещах, о которых он знал в этот предыдущий период” [21, с. 48]. Еще пример из описанных ими наблюдений: “Больная воскликнула при включении слабого электрического тока: “О, знакомое воспоминание – где-то в учреждении. Я могу видеть письменные столы. Я была здесь и какой-то человек, прислонившийся к столу с карандашом в руке, звал меня”. [21, с. 49]. Следовательно, у пациентки явно возникали мнимые зрительные образы, она говорит: “Я могу видеть …”. По словам авторов, наблюдавшиеся ими явления “… убеждают в существовании постоянного ганглиозного запечатления потока сознания. Следы этого потока должны сохраняться специализированным механизмом. В противном случае, основанные на опыте реакции при локальном приложении электродов были бы невозможными” [21, с. 51]. С этим выводом о наличии “специализированного механизма” сложно не согласиться.

В физическом понимании свойство памяти присуще в той или иной мере многим материальным объектам, не только биологическим, способным сохранять информацию за счет конформационных перестроек своей структуры, например, в виде информативного следа остаточного намагничивания на носителе, обладающем магнитными свойствами. Конформационная перестройка на биомолекулярном уровне лежит в основе многочисленных процессов жизнедеятельности, являясь молекулярным механизмом информационного обмена и, соответственно, молекулярной памяти. Причем каждой системной организации живой матери присущ специфический механизм формирования памяти. К примеру, одноклеточные организмы типа инфузории туфельки вообще не содержат ни одного нейрона и, тем не менее, сохраняют информацию, необходимую им для поддержания жизнедеятельности в своей среде обитания, и это общебиологическая закономерность. Клеточные структуры рецепторных аппаратов органов чувств также не могут быть исключением и, по всей вероятности, способны сохранять специфические для них информационные сигналы, а при возбуждении воспроизводить эти сигналы в эквивалентном виде. Отметим, что возбуждение клеточных рецепторных аппаратов может происходить как при воздействии внешних для рецепторов стимулов, в том числе от рецепторов других модальностей, так и спонтанно в режиме автоматии.

Таким образом, память рассматривается как распределенное свойство организма сохранять и интегрировать разнообразные сенсорные восприятия. При такой ситуации высокоразвитым организмам с многоуровневой системой регулирования необходим централизованный “биологический интерфейс” – мозг, функционирующий по своим биологическим законам и способный делегировать часть своих функций различным периферическим звеньям регуляции.

Сущность механизмов системного высокоскоростного взаимодействия в сетях нейроорганизации, участвующих при выборе адекватного алгоритма управления множеством одновременно происходящих в организме реакций, мало изучена. Целостность сложнейшей системы, такой как биологическая, может быть обеспечена только за счет формирующегося в процессе морфогенеза гармоничного сочетания структурных элементов и согласованности их функций.

В 1928 г. лауреатом Нобелевской премии по химии Л. Полингом была предложена теория резонанса в химии [22], внесшая фундаментальный вклад в развитие научных представлений о молекулярных взаимодействиях, в которых каждая многоатомная молекула рассматривается как набор связанных атомарных осцилляторов. Исходя из этого, квантовые и резонансные взаимодействия могут являться наиболее вероятным механизмом, обеспечивающим необходимую согласованность осциллирующих элементов биологических структур, которым всегда присущ колебательный характер, “играющий фундаментальную роль в нормальной и патологической физиологии клетки” [23, с. 116–117]. В аспекте этих представлений каждый элемент структуры сенсорных органов можно представить как камертон, настроенный на свой специфический спектральный паттерн осцилляций, формирующий тем самым целенаправленное взаимодействие между сенсорными органами, наглядно проявляющееся, например, в феномене синестезии [24]. Отметим, что это положение подтверждают исследования о резонансном поглощении электромагнитных излучений СВЧ-диапазона молекулами ДНК [25] и высокая чувствительность резонансных методов, уже более полувека используемых в практике медицинской диагностики [26, 27].

Согласно хорошо известному из теории приемно-передающих систем “принципу взаимности” приемник сигнала при определенных условиях может быть преобразован в генератор подобного сигнала и наоборот. Рассмотрение сенсорных органов (органов чувств) живых организмов с точки зрения указанного принципа позволило выдвинуть гипотезу о наличии у биологических сенсоров “обратной функции”, т.е. генераторной, в отличие от “прямой функции” – сенсорной (приемной). При этом предполагается, что обе функции являются неотъемлемыми естественными свойствами органов чувств и связанных с ними по принципу обратной связи отделов мозга, синергично взаимодействующих в процессах сознания.

Для органов чувств под обратной функцией понимается их способность переходить спонтанно (автоматия), а также при внешней или эндогенной стимуляции в режим генерации мнимых образов, соответствующих их сенсорному назначению (зрение, слух, обоняние и др.), аналогичных в определенной мере реальным объектам и событиям. Эндогенными стимулами могут являться либо сигналы, поступающие по нервным волокнам посредством “биологического интерфейса” (мозга) в нейросенсорный ансамбль органов чувств, либо гуморальные факторы. Для зрительного анализатора можно предположить, что “на “запрос” мозга сетчатка “моделирует” или точнее воссоздает внутренний зрительный образ определенным сочетанием возбуждения своих рецепторных клеток и передает информацию как целостный паттерн об этом мнимом зрительном образе обратно в мозг. Так возникает зрительный образ объекта, реально отсутствующего в поле зрения, например, в процессе вспоминания прошедшего события” [28]. Аналогичный эффект возможен при спонтанном возбуждении во сне зрительного рецепторного аппарата, следует отметить, что визуализация снов у незрячих людей отсутствует. Выше был приведен пример такого феномена из наблюдений В. Пенфилда и Л. Робертса, когда пациентка при искусственном создании стимуляции электрическим раздражением определенной точки коры говорит: “Я могу видеть …” [21, с. 51]. Перед ее взором протекают вспоминательные образы, и она их осознает в деталях происходившего события. Можно предполагать, что в этом случае в нейронной сети мозга происходят коммуникационные взаимодействия различных модальностей восприятия с их сенсорной памятью, которые в совокупности с феноменом внутренней речи, формируют вспоминательный осознанный мысленный образ.

Для органа слуха принципы обратной рецепторной функции аналогичны. Известны явления, указывающие на возможность такой функции. Например, волосковые клетки улитки обладают частотно-избирательной активностью. Д. Кемпом в 1978 г. было доказано существование отоакустических сигналов. Сама улитка при возбуждении электрическими импульсами может генерировать акустические колебания, фиксируемые микрофоном вблизи барабанной перепонки. Спонтанные акустические излучения в области уха имеют характер узкополосных акустических сигналов, природа которых окончательно не выяснена [29–31].

В последние годы установлено, что поток нейронной информации реверсируется между восприятием объекта и его реконструкцией из памяти [32]. Причем показано, что восстановление эпизодической памяти функционально зависит от очень быстрой реактивации сенсорной информации [33]. В соответствии с теорией резонансных взаимодействий можно предположить, что элементы нейронной сети органов чувств оперируют спектральными паттернами воспринимаемых образов реальных объектов с обратной связью через их мнимые образы, эндогенно генерируемые во внутренних средах отражения (воспроизведения) самих органов чувств. В процессе мышления происходит соотнесение логически родственных (резонирующих) паттернов зрительной, слуховой, обонятельной и других сенсорных систем с построением динамичного (внутреннее рассуждение) языкового (словесного) кода осознаваемой мысли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный концептуальный подход к рассмотрению механизмов сознания опирается на сугубо физиологические (нейробиологические) процессы взаимодействия прямой (общеизвестной) и обратной (гипотетической, но не безосновательно выдвинутой) рецепторных функций. Последняя из них базируется на фундаментальном “принципе взаимности” приемно-передающих систем (детектор – он же излучатель) и органично укладывается в естественно-научную логику функций биодетекторов (органов чувств). При этом быстрая (практически мгновенная) коммуникация различных модальностей органов чувств согласуется с закономерностями резонансных взаимодействий когерентных осцилляций биоструктур. Таким образом, с изложенных в работе нейробиологических позиций процесс сознания человека является динамическим взаимодействием нейронных сетей различных модальностей биосенсоров с нейронными сетями активации аппарата “внутренней речи”, опосредованным обратной связью через эндогенно продуцируемые мнимые образы объектов и событий.

На основании представленного материала можно сформулировать следующие выводы.

Сознание – неотъемлемое свойство живых организмов, получившее наивысшее развитие у человека благодаря сформировавшемуся у него речевому аппарату (словесному коду), управляющему функцией мышления посредством феномена внутренней речи.

Базовым для предлагаемого концептуального принципа является постулируемая гипотеза о существовании обратной функции сенсорных систем – генераторной, состоящей в воспроизведении, предположительно, в структурах самих сенсорных систем мнимых образов, абстрактно приближенных к действительным.

Восприятие значимого для субъекта информационного образа (светового, звукового, обонятельного и др.) оставляет характерный для каждого конкретного образа след (спектральный паттерн, энграмму и др.) в соответствующих сенсорных образованиях организма.

Кодовое обозначение значимого информационного образа фиксируется сочетанной моторикой устойчиво взаимодействующих за счет обучения мышечных групп речевого аппарата и воспроизводится в виде словесного образа.

Поступление информационного сигнала (образа) в одну из сенсорных систем индуцирует эндогенное возбуждение комплементарных мнимых образов в других сенсорных системах и словесных образов в моторике мышечных ансамблей речевого аппарата.

Данный материал может представлять интерес для большого круга специалистов в области нейрофизиологи, в том числе связанных с разработками систем “искусственного интеллекта”.