Многое в работе мозга еще загадочно.
Одно ясно: большое значение в создании внутримозговых моделей и их воспроизведении играет так называемый процесс сканирования (от англ. scan — поле зрения).
Догадку о процессе сканирования высказал Норберт Винер. Во втором издании своей знаменитой «Кибернетики», вышедшей в 1961 г., в новой главе «Мозговые волны и самоорганизующиеся системы» знаменитый ученый описывает результаты математического анализа электроэнцефалограмм человека. Построив спектр частот, ученый обратил внимание, что в районе 9,05 Гц наблюдается резкое падение мощности. Он предположил, что мы здесь сталкиваемся с механизмом стробирования, или временной селекции (это означает, что устройство реагирует на сигналы только в определенный временной промежуток).
Зачем это нужно? Считают, что в нейроне возбуждение или торможение должно происходить благодаря комбинации импульсов в определенный отрезок времени. Вот здесь-то и нужен этот стробирующий механизм, позволяющий комбинировать сообщения.
Если считать, что в зрительном нерве 1 млн. волокон, а рефлекторный период равен 10 мс, то он может передать 106 сигналов за 0,01 с. Если бы каждый из этих сигналов регистрировался отдельным нейроном, то через 100 с все клетки коры были бы «заняты». Значит, по пути к мозгу информация должна «сжиматься», перекодироваться, селектироваться. Для этого и используется, как предполагал Н. Винер, альфа-ритм. Ученый считал, что не существует специального устройства, генерирующего альфа-ритм; он предполагал синхронизацию мозговых генераторов — точно так же, как синхронизируются частоты генераторов переменного тока, параллельно включенные в сеть. В результате нелинейного взаимодействия, вызывающего «притяжение» частот, создается, по мнению Н. Винера, самоорганизующая система мозга.
Это можно проиллюстрировать таким примером. Если на горизонтальную ось подвесить на пружинках одинаковые шарики и заставить их качаться, то через некоторое время они будут совершать колебания с одинаковой частотой.
Стробирование имеет место в нервной системе, отмечал П. Винер, хотя бы потому, что мозг отвечает на сигналы не в любой момент времени. По экспериментальным данным, полученным в Калифорнийском университете, центральная нервная система может воспринимать зрительные раздражения лишь каждую ОД с, а импульсы от нее к исполнительным приборам могут проходить тоже только в течение 0,1 с. Многозначительное совпадение!
Мысль о том, что мозг представляет собой своеобразную моделирующую установку, высказал еще задолго до официального рождения кибернетики русский физик-теоретик Н. А. Умов, который первым в начале века писал, что нашим уделом является создание картин, панорам, фигур, образов, построение мысленных моделей существующего внутри и вне нас мира. Он, предвидя основной принцип кибернетики об аналогии между информационными процессами, которые могут протекать в мозгу и в автоматах, прозорливо заметил: «…Распространенное мнение о неизмеримой пропасти, отделяющей живое и неживое в природе, не отвечает истине…»
Действительно, в мозгу все время идет процесс моделирования, описание поведения и строения отражаемого объекта. Таким образом, моделирование в живом организме — выражение процесса отражения, общего свойства материи. Однако процесс моделирования осуществляется не путем пассивного отражения, а в ходе ориентировочно-поисковой деятельности, при активном отборе информации.
Конечно, не нужно думать, что модель окружающего в мозгу — это некая уменьшенная копия, скажем, вроде утеса, заснятого на кинопленку. В коре мозга благодаря возникновению динамических структур — функциональных объединений огромного количества нервных элементов и циркуляции по ним информации — происходит создание моделей мира. Эти модели складываются или затормаживаются в результате циркуляции информации не только в коре, но прежде всего в системе «периферия — центр».
Это положение вытекает из представлений И. М. Сеченова о роли мышцы в познании. Суть его мыслей была блестяще выражена русским физиологом А. И. Самойловым: «…Мышца сделала животное животным, мышца сделала человека человеком. Но сами мышцы не только рабочие органы: мышца является также органом чувств, мышечное чувство есть, по Сеченову, анализатором времени и пространства, мышечное чувство воспитало другие органы, и сама центральная нервная система, этот высший распределительный орган, распоряжается, в конце концов, на основе тех категорий, которые в нем создавались и составлялись из элементов, посеянных мышечным чувством».
Проиллюстрируем роль мышечного чувства для зрения. Известно, что совершенно неподвижный взгляд — слеп: неподвижное изображение на сетчатке глаза уже через несколько секунд перестает восприниматься сознанием. Без сигналов от мышц глаза нельзя было бы определить расстояние до предмета, его контуры.
Другой пример. Психологи давно задумывались над процессом восприятия звуков различной частоты — процессом, в частности, лежащем в основе понимания музыки. Оказывается, как это показал советский ученый А. Н. Леонтьев, при восприятии звука мы моделируем его, т. е. часто незаметно для себя внутренне пропеваем звук.
Известно, что невидимые внешне, скрытые речедвигательные реакции («внутренняя речь»)—механизм, с помощью которого осуществляется присущее человеку мышление.
Таким образом, именно участие движения обеспечивает предметность восприятия И ощущения, является одним из необходимых условий того, чтобы эти явления стали психическими.
Таким образом, кибернетика, по словам советского ученого В. М. Глушкова, рассматривает мозг человека как универсальный инструмент «динамического информационного моделирования».
Сейчас нельзя еще дать описание этого процесса в полном виде. Не вызывает сомнений, что в информационном плане любые формы человеческого мышления принципиально могут моделироваться кибернетическими системами. В этом нет «посягательства» на специфику человеческой психики, человеческого сознания; речь идет о воспроизведении в виде программы для ЭВМ информационной стороны деятельности мозга.
Идет большая работа по моделированию познавательных процессов (памяти, мышления, восприятия), целенаправленной деятельности (учебной, игровой, творческой), проявлений личности (эмоций, мотиваций).
Не нужно думать, что ЭЭГ представляют собой просто сумму деятельности нейронов, «идущих в ногу». Дело обстоит гораздо сложнее. Однако можно предполагать, что каждый нейрон склонен изменять свою ритмику, подстраиваясь па определенное время к ритмике других. В лаборатории американского физиолога У. Р. Эйди выявлена общая зависимость между частотами внутриклеточных колебаний и ЭЭГ.
Советский физиолог М. И. Ливанов и его сотрудники сЧитают, что в основе консолидации нейронов головного мозга лежат процессы синхронных медленных ритмических изменений потенциалов.
А. Б. Коган и его сотрудники показали, что «мозаичная сеть» возбужденных и заторможенных нейронов коры мозга существует всего 40—50 мс, а затем исчезает; в нервной сети стирается возникший функциональный узор, и функциональная система готова к новым восприятиям.
Окончательного решения загадки происхождения мозговых ритмов еще нет. Справедливо заметил Г. Уолтер, что исследования электрических процессов мозга достигли той стадии, на которой частоты букв указывают, что шифр может быть понят и что способ группировки букв существен. Но это не обычный код, где информация выражается последовательностью элементов кода во времени. Речь идет о пространственно-временном коде, а это намного затрудняет труд дешифровщиков.
