ПОВТОРНИЙ ВХІД ПОРУШЕННЯ ТА ІНФОРМАЦІЙНИЙ СИНТЕЗ

Описана раніше концепція «світлої плями» виходить із того, що свідомість визначається деяким рівнем збудливості мозкових структур. Однак можна припустити, що цього недостатньо і насправді виникнення психічного пов'язано з деяким принципом в організації процесів мозку, що передбачає їхнє певне ускладнення порівняно з більш простими функціями мозку.

Одна з гіпотез, що привертають в останні роки увагу дослідників, - уявлення про повернення збудження в місця первинних проекцій і виникає зіставлення і синтезі наявної раніше і нової інформації. Таким чином, схема рефлексу доповнюється тут ланкою зворотного зв'язку, що перетворює дугу на кільце. Вперше ідея про інформаційний синтез як мозкову основу виникнення суб'єктивних переживань була висунута в 1976 р. [Іваницький, 1976; Іваницький та ін., 1984] на основі досліджень фізіологічних механізмів відчуттів.

Мозкова основа відчуттів

Психологам з 20-х років. відомо, що відчуття виникає досить пізно – після 100 мс від моменту пред'явлення стимулу (тобто значно пізніше від приходу сенсорних імпульсів у кору). У роботі було поставлено завдання зрозуміти, що відбувається цей час і який стадії мозкових процесів відповідає виникнення суб'єктивного образу. У дослідженні при пред'явленні тих самих стимулів записували об'єктивні показники мозкової діяльності як викликаних потенціалів і визначали кількісні показники сприйняття. Для отримання останніх використовувалися методи теорії виявлення сигналу [Swets et al., 1961], яка описує процес сприйняття за допомогою двох незалежних змінних: показника сенсорної чутливості d' та критерію рішення, що визначаєтьсямотиваційними факторами. Основні висновки побудовані на обчисленні кореляцій між показниками фізіології та психології, а саме амплітудою хвиль викликаного потенціалу та психофізичними індексами. Дослідження проведено на соматосенсорному [Іваницький, Стрілець, 1976] та на зоровому [Іваницький, Матвєєва, 1976] аналізаторах, причому отримані на обох модальностях результати були принципово подібними.

Було встановлено, що амплітуда ранніх хвиль викликаного потенціалу (ВП) виявляла статистично достовірну кореляцію з показником d', а пізніх хвиль – з критерієм розв'язання. Проміжні хвилі з латентністю 140 мс для соматосенсорного та 180 мс для зорового аналізатора корелювали з обома перцептивними індексами, причому така подвійна кореляція виявлялася тільки для хвиль проекційної кори. Амплітуда цих хвиль визначалася, в такий спосіб, як сенсорними властивостями стимулу, і його значимістю. На підставі наявних даних про генезі окремих хвиль викликаного потенціалу було описано механізм, що забезпечує зазначену подвійну кореляцію.

В основі цього механізму лежав кільцевий рух нервових імпульсів із «центральною станцією» у проекційній корі. Спочатку збудження надходило від проекційної до асоціативної кори. Для зорових стимулів це були відділи скроневої кори, яка відігравала важливу роль у пізнанні стимулів, а для шкірних подразнень – вторинні та третинні зони соматосенсорної кори. Потім нервові імпульси приходили до структур лімбіко-гіпокампального комплексу та підкіркових центрів емоцій та мотивацій. До цієї стадії поступальний рух збудження від рецептивних зон до виконавчих центрів повністю вкладався у схему рефлексу. Однак процес на цьому не закінчувався: він включав повернення повернення в кору, включаючи і їїпроекційні відділи (за системою дифузних проекцій). Завдяки поверненню збудження нервові імпульси, що надходять із мотиваційних центрів, накладалися в нейронах проекційної кори на сліди сенсорного збудження. На цьому етапі або дещо раніше у процес включалася і лобова кора, що виявлялося у синхронізації малюнка ВП в інтервалі від 100 до 200 мс після стимулу [Іваницький, Стрілець, 1979]. Було висловлено припущення, що зазначені проміжні компоненти ВП відображали синтез на кіркових нейронах двох видів інформації: готівкової інформації про фізичні характеристики стимулу і відомостей про його значущість, що витягуються з пам'яті.

Найцікавіше, однак, полягало в тому, що пікова латентність цих хвиль ВП точно збіглася з часом появи відчуття, виміряним раніше психологічних експериментах [Froelich, 1929; Pieron, 1961; Бойка, 1964]. Отже, можна було припустити, що синтез двох видів інформації – готівкової та видобутої з пам'яті, – і є ключовим механізмом, що лежить в основі відчуття як феномена вже не фізіологічного, а психічного рівня (рис. 11.1).

Іншими словами, було зроблено крок до подолання бар'єру між двома рівнями організації мозкових процесів, один із яких не супроводжується, а інший супроводжується суб'єктивними переживаннями. Відповідно до запропонованої концепції, послідовне надходження інформації від рецепторів призводить до повторного руху збудження по зазначеному кільцю, забезпечуючи постійне зіставлення сигналів, що надходять із зовнішнього та внутрішнього середовища, що і становить психічний моніторинг змін, що відбуваються. Цей процес здійснюється з періодом квантування приблизно в 100-180 мс (звернемо увагу, що цей час можна порівняти з зазначеним у теорії прожектора), що становитьмінімальну тривалість відчуттів [Гольдбурт, Макаров, 1971; Blumenthal, 1977]. Пізніше подібне кільце збудження було описано М. Мішкіним [Mishkin, 1993] у мавп під час аналізу стимульної інформації та утворення пам'ятного сліду.

Мал. 11.1. Схема кільцевого руху збудження у разі виникнення зорових відчуттів. Провідна ланка в цьому процесі – синтез інформації про фізичні та сигнальні властивості стимулу на нейронах проекційної кори

M. Познер і М. Ротбарт [Posner, Rothbart, 1994] показали, що при пізнанні стимулів слідом за первинною активацією задніх відділів кори відбувається залучення у функцію фронтальної кори з подальшим поверненням збудження та реактивацією задньої кори через 150 мс після її початкового.

У дослідженнях Б. Лібета та ін [Libet et al., 1967] з реєстрацією викликаних потенціалів на електрошкірні стимули з поверхні кори під час нейрохірургічних операцій було показано, що на слабкі, підпорогові стимули в корі реєструються лише ранні хвилі відповіді з латентністю до 100 мс. При посиленні подразнень у ВП з'являються і пізніші коливання з латентністю 150 мс, що супроводжується появою суб'єктивних відчуттів і практично збігається з латентністю хвиль ВП, які в наших дослідженнях виявили подвійну кореляцію з перцептивними індексами.

Наведені раніше дані стосувалися походження однієї з найпростіших психічних явищ – відчуттів. У зв'язку з цим може виникнути питання про те, наскільки дані закономірності універсальні і чи може той самий принцип інформаційного синтезу бути поширеним і на складніші психічні прояви, наприклад, на процес мислення?

Механізми мислення

Відповіді на це питання були присвячені нашідослідження останніх десяти років. Діяльність ставилося завдання вивчити структуру кіркових зв'язків під час вирішення різних розумових операцій. При цьому ми виходили із фундаментальних ідей української нейрофізіологічної школи Н.Є. Введенського-А.А. Ухтомського у тому, що зв'язок між нервовими структурами виникає з урахуванням зрівнювання ритмів своєї діяльності. М.М. Лівановим [1972] і B. C. Русиновим [1969] було показано, що ці ритми знаходять відображення в частотних параметрах електроенцефалограми (ЕЕГ), з чого був вирішальний висновок про те, що синхронізація частотних характеристик біопотенціалів мозку може бути умовою та індикатором внутрішньокіркової.

У розвиток цих ідей було створено метод, який отримав назву картування внутрішньокоркової взаємодії [Іваницький, 1990, 1997]. В основі методу лежать уявлення про те, що наявність у спектрах ЕЕГ різних областей кори точно збігаються частотних піків є вказівкою на наявність у цих областях нейронних груп, що працюють в одному ритмі і, отже, функціонально пов'язані один з одним.

Випробуваним на екрані монітора ставилися завдання на образне, просторове та абстрактно-вербальне мислення. У першому випадку суб'єкт мав пізнати емоцію на фотографії особи (використовувалися чотири базові емоції: радості, страху, гніву та горя, а також змішані стани), у другому – порівняти дві геометричні фігури з метою визначення їхньої ідентичності чи дзеркальної симетрії. Як вербальні завдання використано рішення анаграм або вибір з чотирьох слів одного, що відноситься до іншої смислової групи.

Було встановлено, що простий і досить симетричний малюнок зв'язків, характерний стану спокою, при розумовій роботі змінювався. Зв'язки починали сходитися до певних областейкори, утворюючи хіба що вузли чи центри зв'язків, названі фокусами взаємодії. У цьому топографія фокусів взаємодії виявилася специфічною для розумових операцій різного знака. Так, при образному мисленні фокуси локалізувалися переважно у темно-скроневих областях, а при абстрактно-вербальному мисленні – у лобових відділах кори. Просторові завдання, що включали елементи обох видів мислення, характеризувалися утворенням фокусів більш ранніх етапах у задніх, та був у передніх відділах кори [Сидорова, Костюнина, 1991; Іваницький, Іллюченок, 1992; Миколаїв та ін., 1996] (рис. 11.2).

Спеціалізація півкульних функцій накладається на описані раніше закономірності. У дослідженнях, у яких випробовуваному давалося завдання подумки побудувати зоровий образ з обмеженого набору простих елементів, було показано, що в осіб з переважанням першої сигнальної системи, за І. П. Павловим, фокуси взаємодії локалізувалися переважно у правому, а в осіб з переважанням другої , мовної системи – у лівій півкулі. При цьому на етапі знаходження образу фокуси були розташовані в потиличних та скроневих (зона упізнання) відділах півкуль, а на етапі конструювання образу – у лобовій корі [Іваницький та ін., 1990]. Слід зазначити, що знаходження рішення при всіх типах завдань, навіть якщо мовна відповідь не була потрібна, супроводжувалося (або визначалося?) включенням у функцію вербальної лівої скроневої зони.

Мал. 11.2. Коркові зв'язки в діапазоні частот бета-ритму при двох розумових операціях. Вгорі представлені приклади завдань; ліворуч – зв'язку при завданні на просторове мислення, яке полягало у порівнянні двох геометричних фігур, що пред'являються на екрані монітора, з метою визначення їхньої ідентичності або дзеркальної симетрії, щовирішувалося шляхом уявної ротації; праворуч – зв'язку при завданні на вербальне мислення, яке полягало в тому, що з чотирьох слів на екрані монітора суб'єкт мав вибрати одне, що стосується іншої смислової групи. На малюнку представлені статистично значущі зв'язки при порівнянні із зорово-моторним контролем, що включав пред'явлення зображень і рухову відповідь, але не вимагав розумових операцій. Товсті лінії - зв'язку на частоті 16-19 Гц., Тонкі лінії - зв'язку на частоті 13-16 Гц. Шкала – час появи зв'язку після пред'явлення завдання. Середні дані щодо групи з 43 осіб

Узагальнюючи ці дані, можна дійти висновку, що важливою ознакою організації кіркових зв'язків при мисленні є їх конвергенція до певних центрів – фокусів взаємодії. При цьому зв'язки, що підходять до фокусу, встановлюються на різних частотах, власне саме ця обставина і лежить в основі утворення фокусу, оскільки зв'язки на одній частоті утворювали б однорідну мережу, яка не має центрів. Можна припускати, що кожен із зв'язків приносить до центру з певної області кори або підкіркових утворень свою інформацію. У фокусі ця інформація може бути зіставлена та перекомбінована певним чином. Основну функцію фокусу взаємодії становить, в такий спосіб, інформаційний синтез, тобто. процес, подібний до того, який ми спостерігали в проекційній корі при виникненні відчуттів.

Основна відмінність полягає в тому, що місце сенсорного сигналу тут могла зайняти інформація, що зберігається в оперативній пам'яті (наприклад, про умови розв'язуваної задачі), а провідна роль у процесах інформаційного синтезу належала не проекційної як при виникненні відчуттів, а асоціативної кори. У фокусі оперативна інформація зіставлялася зінформацією, що витягується з довгострокової пам'яті, та сигналами, що надходять з мотиваційних центрів. Передбачається, що на основі того, що відбувається у фокусі зіставлення і досягається кінцева мета розумового процесу у вигляді знаходження рішення. Суб'єктивно все це переживається як процес мислення та знаходження відповіді.

Гіпотетична структура фокусу взаємодії складається з груп нейронів з різними частотними характеристиками, які налаштовані на однакові з ними за частотою групи на периферії. Ці зв'язку за своєю природою би мало бути двосторонніми, тобто. як прямими, і зворотними: якщо дві групи мають одну частоту, то кожна їх однаковою мірою здатна і сприймати, і передавати інформацію пов'язаній із ній групі (залежно від співвідношення фаз коливань). Одне кільце при відчутті замінюється тут, таким чином, як системою кілець, що замикаються на один центр.

Усередині фокусу групи нейронів повинні бути об'єднані зв'язками, утвореними на іншому принципі: оскільки вони працюють на різних частотах, принцип ізолябільності тут не можна застосувати. Очевидно, це мають бути жорсткі зв'язки, що ґрунтуються на структурних змінах у синапсах. Дані зв'язки ефективні у будь-якій фазі циклу збудливості нейрона або нейронного осцилятора, крім фази абсолютної рефрактерності (рис. 11.3). Ідея забезпечення психічної функції з допомогою поєднання жорстких і гнучких ланок було вперше висловлено Н.П. Бехтерєвої [1980].

Викладені уявлення про фокуси взаємодії та їх функціональне значення добре узгоджуються з даними А. Дамасіо [Damasio, 1994], який вважає, що у забезпеченні вищих психічних функцій провідну роль відіграють так звані зони конвергенції, які приймають та синтезують інформацію, що надходить з інших відділів кори іпідкіркових утворень.

Усе сказане дає можливість об'єднати дані, отримані щодо механізмів сприйняття і мислення, єдиним принципом інформаційного синтезу як мозковий основи виникнення нової якості як суб'єктивних переживань.