Механизмы мозга: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Рассмотрим формальную процедуру обучения, в которой ребенка, никогда до тех нор не видевшего яблока, знакомят с этим понятием. Предположим, мы начинаем с того, что показываем ребенку блестящее красное яблоко и в то же время отчетливо произносим слово «яблоко». Можно ожидать, что, повторив это достаточное число раз, особенно если нам удастся каждый раз привлечь внимание ребенка, мы добьемся образования прочного следа в его мозгу. Этот след будет содержать как слуховые, так и зрительные компоненты, которые на основе принципа автоматического соединения, составляющего характерную особенность обусловливания, будут связаны между собой в памяти. В конце концов одного лишь вида яблока будет достаточно для того, чтобы активировать весь комплекс следов и вызвать в сознании ребенка воспоминание о звуках слова; точно так же услышанное слово вызовет зрительный образ.

Теперь введем в нашу процедуру обучения еще одну сенсорную модальность. Предположим, что каждый раз, показывая яблоко, мы позволяем ребенку потрогать его и ощутить его гладкую поверхность. Благодаря предшествовавшему обучению вид плода будет теперь активировать уже имеющийся зрительно-слуховой след, тем самым привлекая его нейронные элементы к участию в дальнейшем образовании связей. Таким образом, процессы автоматического соединения смогут начать построение моста между вновь формирующимся осязательным отображением яблока и уже сравнительно прочным зрительно-слуховым комплексом.

Подобным же образом мы можем добавить обонятельный, а затем и вкусовой след к растущему набору взаимосвязанных комплексов в системе памяти ребенка. Вместе с этим, вероятно, автоматически установится связь с другой частью мозга, в которой регистрируется след «удовольствия», и в результате этого может оказаться, что последующая активация всего комплекса следов, связанных с «яблоком», приобретет соответствующую эмоциональную окраску.

Мы можем также вводить в наш комплекс следов памяти двигательные программы. Ребенка можно научить произносить слово «яблоко», когда он видит, осязает или ест этот плод. Поскольку это уже не классическое, а оперантное обусловливание, здесь соответственно требуется подкрепление реакции — например, родительской похвалой или тем, что при произнесении правильных звуков ребенку дают еще ломтик яблока.

Таким путем у ребенка постепенно вырабатывается понятие «яблоко». По нашей теории понятие физически представлено группой следов памяти, находящихся в различных и, быть может, весьма удаленных друг от друга областях мозга, — по одному следу для каждой сенсорной модальности, которая многократно участвовала в восприятии во время обучения. Принцип автоматического соединения обеспечил образование связей между этими обособленными следами, так что при активации одного из них активируются и остальные. В результате у ребенка, постигшего всю премудрость распознавания яблок, может возникнуть «мысль» об этом плоде под влиянием одного лишь аромата, доносящегося из соседнего сада. В этом случае вся цепь нейронной активности «запускается» активацией обонятельного компонента данной группы следов памяти в результате близкого сходства воспринимаемого обонятельного раздражителя с соответствующим следом. С нашей точки зрения, возникшая «мысль» — это просто субъективно осознанный эффект, вызванный одновременной активацией всего комплекса следов памяти, образующего понятие «яблоко» у ребенка.

Выработка и использование сложных понятий, несомненно, составляют основу большей части умственной деятельности. В особенности это касается творческого мышления. В связи с этим особое значение могло бы иметь то свойство предполагаемого нами механизма памяти, благодаря которому активация одного следа понижает порог возбуждения других следов, содержащих сходные сенсорные элементы. Важной чертой творческого мышления является способность быстро и легко переходить от одного представления к другому, с ним связанному. Быть может, главное различие между людьми, обладающими и не обладающими творческим воображением, состоит просто в том, что у первых обратная связь или иной механизм этого снижения порога более эффективен, чем у вторых.

Легко также видеть, почему обладание речью дает человеку огромное преимущество перед другими животными. Слова, соединяясь условной связью с понятиями, становятся символами, которые, когда мы произносим их мысленно или вслух, могут пробуждать весь комплекс представлений о свойствах, объединяемых данным понятием. Число свойств, которые мы могли бы объединить в одном понятии, наверняка было бы очень ограниченным, если бы мы не обладали системой, с помощью которой написанный или произнесенный символ может автоматически подключать нужные сенсорные входы для добавления новой информации к надлежащему комплексу следов памяти.

Нечувствительность механизмов мышления к повреждению мозга

В предшествующих главах мы уже не раз сталкивались с фактами необычайно малой чувствительности человеческой памяти, да и вообще умственных способностей человека, к обширным повреждениям головного мозга. Мы с удовлетворением отмечаем, что выводы, к которым мы пришли при рассмотрении явлений памяти и обучения, не противоречат этим наблюдениям, говорящим о диффузной локализации высших мозговых функций. Мы пришли к предположению, что следы памяти, соответствующие некоторому понятию или событию, разбросаны по разным областям мозга: зрительная часть следового комплекса находится в одном месте, слуховая — в другом, и т. д. И связи между этими дополняющими друг друга следами различной сенсорной модальности, очевидно, должны быть множественными. Процесс автоматического соединения, устанавливающий связь между слуховым и зрительным отображениями яблока в памяти ребенка, должен также связать зрительный след с обонятельным, слуховой с вкусовым, вкусовой с обонятельным и т. д. Если бы один из этих соединительных путей оказался прерванным в результате травмы или при хирургическом вмешательстве, остались бы другие пути, которые могли бы проходить далеко от поврежденного участка — вследствие совершенно различной локализации связей между местами хранения следов для различных сенсорных модальностей.

В дополнение к этой диффузности, естественно связанной с механизмами памяти, мы вправе предположить, что в самих элементарных следах памяти существует известная степень избыточности и, кроме того, целые комплексы следов, по крайней мере в некоторых случаях, могут быть дублированы в разных участках мозга. (Описанные в гл. 9 эксперименты Сперри с «расщеплением» мозга привели к этому выводу в отношении следов, связанных с навыками зрительного различения у животных.) Вполне возможно, что сочетание этих факторов диффузности и избыточности служит достаточной основой для объяснения неудач, постигавших исследователей при попытках установить локализацию высших интеллектуальных процессов.

Высшие интеллектуальные процессы

Чем ближе мы подходим к области сложных психических явлений, тем меньше прямых объективных данных оказывается в нашем распоряжении. Это было заметно уже в предыдущей главе, а сейчас стало совершенно явным: наше обсуждение все больше и больше основывается на субъективных и поведенческих данных неколичественного характера и все меньше подкрепляется измерениями, производимыми непосредственно на мозге и нервной системе. Очевидно, мы пришли к концу нашего рассмотрения фактических данных об устройстве и работе головного мозга.

Несколько досадно останавливаться в тот самый момент, когда мы подходим к высшим мыслительным процессам. Кажется, что здесь-то и должно начаться самое интересное, если бы только мы могли пойти дальше. И в самом деле, у нас есть способ хоть немножко продвинуться за пределы исследованной области: мы могли бы сопоставить некоторые из установленных нами фактов с другими идеями, которые кажутся нам правдоподобными и, по-видимому, позволяют построить теоретическую модель функции мозга, приближающую нас к объяснению тех высших интеллектуальных процессов, которые пока еще лежат вне области прямого объективного изучения.

Правда, здесь имеется ряд трудностей. Хотя изложенный в предшествующих главах материал содержал множество намеков и косвенных указаний относительно механизмов мозга, лишь немногое известно с достоверностью. Это значит, что любая попытка существенно приблизиться к объяснению сложных мыслительных процессов должна основываться на слишком большом числе непроверенных предположений. Но сама трудность и недостаточная изученность проблемы, делающая построение моделей более рискованным, чем в других областях, в то же время увеличивает шансы на крупный успех. Теория, даже если она не так солидно обоснована, как нам хотелось бы, все же дает какие-то путеводные нити, а в них наука о мозге крайне нуждается. Поэтому было разработано много теоретических моделей различных сторон функции мозга, и постоянно выдвигаются новые модели. Вероятно, все они в чем-то неверны, а многие из них — неверны во многом. Однако в целом это направление перспективно и несомненно окажется плодотворным.

Теория высших мозговых функций лежит за пределами нашей компетенции, и мы не будем рассматривать ее. Следует заметить, однако, что в результате ведущейся сейчас большой теоретической работы, хотя она поневоле и весьма умозрительна, удается успешно устанавливать связь между основными типами физических механизмов, открытых в головном мозгу и нервной системе, и наблюдаемыми психическими феноменами. Это внушает уверенность в правильности общего направления в области теории и эксперимента. Если эта уверенность не ошибочна, мы можем надеяться, что со временем будет разработана физическая модель функции мозга, действительно заслуживающая того, чтобы серьезно считаться как с ее конкретными предсказаниями, так и с вытекающими из нее философскими следствиями.

Литература

1. Bruner J. S., «Neural Mechanisms in Perception», in The Brain and Human Behavior, ed. by Solomon, Cobb and Pen-field, The Williams and Wilkins Company, Baltimore, pp. 118—141 (1968).

2. Hebb D. 0., Organization of Behavior, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1949.

3. S h о 11 D. A., The Organization of the Cerebral Cortex, Methuen and Co., Ltd., London, chap. VI, «The Mode of Operation of the Cerebral Cortex», 1956.

12 Вычислительные машины и мозг

Еще недавно представление о дуализме мозга и сознания почти не подвергалось сомнению. Согласно этому представлению, даже самое полное и детальное понимание физической структуры и функционирования мозга никогда не смогло бы оказаться достаточным для объяснения психической деятельности. Сознание рассматривали как нечто нефизическое, лежащее вне области естественных наук; полагали, что оно пользуется мозгом как инструментом для некоторых видов своей активности, но обладает свойствами и способностями, которые невозможно истолковать на основе какой бы то ни было мыслимой организации клеток и тканей.

В последние годы дуалистическая концепция мозга и сознания непрерывно отступала перед механистической точкой зрения. Создание машин, способных осуществлять процессы, сходные с мышлением, содействовало этой тенденции, хотя было бы несправедливо приписывать достижениям электронной вычислительной техники слишком большую роль. Дело в том, что это изменение взглядов следует связывать главным образом с успехами исследователей, работающих в области медицины. На протяжении ряда лет они убеждались в том, что неуклонно продвигаются вперед в изучении биологических механизмов, если принимают, что эти механизмы подчинены физическим законам природы, и опираются на методы строгого научного исследования. В результате функции тела, так же как и соответствующие органы, одна за другой исключаются из области физически непознаваемого и необъяснимого, к которой некогда относили все жизненные процессы. В прежние времена мысль о том, что сердце — это всего лишь сложный насос, который когда-нибудь можно будет на время длительной хирургической операции заменять искусственным устройством, показалась бы большинству людей не менее шокирующей, чем предположение, что мозг работает в соответствии с физическими законами природы.

Для того чтобы подойти к пониманию сложной системы взаимосвязанных структур, будь то животный организм или устройство, созданное человеком, обычно пытаются упростить задачу, разделив ее на части. Именно поэтому исследователи уделяли так много внимания локализации отдельных функций в головном мозгу. Если бы нельзя было обнаружить в этом сложном органе отдельные участки, специфически связанные с той или иной функцией, то это не только исключало бы прогресс в изучении мозга, но и ставило бы под серьезное сомнение правомерность механистической точки зрения. Вот почему так важны открытия, показавшие, что нервная ткань содержит нейронные структурные элементы, индивидуальные свойства которых в значительной степени объясняют информационные характеристики периферических нервов, и что существуют локализованные, доступные для выявления пункты соединения периферических нервов с корой мозга. Столь же важны такие результаты, как открытие в головном мозгу особого механизма терморегуляции и выявление нейронных цепей, ответственных за другие рефлекторные действия. Каждый раз, когда выясняется, что управление еще одной телесной функцией связано с определенным участком в мозгу, соответственно уменьшается Доля функций, которые еще можно приписывать «не материальной душе», и ровно на столько же расширяется область явлений, объяснимых машинообразным характером работы мозга.

Наиболее впечатляющи, конечно, те наблюдения, которые вскрывают физическую основу таких «высших процессов», как эмоции и интеллектуальная деятельность. Открытие в головном мозгу центров удовольствия и «наказания» — обособленных, локализованных и постоянных нейронных комплексов, электрические токи в которых сопровождаются чувством удовольствия, голода, полового удовлетворения, ярости, ужаса или боли, — создало трудности для тех, кто был склонен подчеркивать дуализм мозга и сознания. Еще большее затруднение создавали данные о значении нейронных связей лобных долей для сохранения свойств личности и установленная Пенфилдом ясная зависимость «психических» процессов, связанных с речью и памятью, от раздражения коры мозга электрическими токами. А наблюдения, говорящие об автоматическом, машинообразном характере некоторых процессов обучения, еще усугубляют тяжесть положения дуалиста.

Короче говоря, весь материал предшествующих глав составляли данные, указывающие на приложимость установленных физических законов природы к функциям нервной системы. В основе нашего изложения по существу все время лежал тезис «мозг — это машина».

Ио если мозг представляет собой машину, то возникает вопрос: какого рода эта машина? Или в более практическом плане: можно ли считать, что мозг по своему строению и принципу работы настолько сходен с каким-либо известным типом машин, созданных человеком, что результаты исследования одной из этих систем в значительной части приложимы к другой?

В наши дни постоянно говорят об аналогии между человеческим мозгом и электронной цифровой вычислительной машиной. Реальное или воображаемое сходство между ними подчеркивают такие ходовые выражения, как «машинное мышление» и «электронный мозг». Вместе с тем есть и иное мнение. Компетентные биологи иногда указывают на то, что мозг — не электронное и лишь частично «цифровое» устройство и что он в сущности вообще не является вычислительной машиной. Это расхождение во взглядах ведет к расхождению в выводах относительно важности сотрудничества между специалистами по вычислительным машинам и исследователями мозга. Поэтому реалистическая оценка существенных черт сходства и различия между этими двумя областями имеет практическое значение.

Никто не отрицает, что многие конечные результаты работы вычислительной машины и мозга сходны. В каждой главе этой книги приводились примеры мозговых и нервных механизмов, аналогичных по своим функциональным характеристикам техническим устройствам. И даже в тех случаях, когда не было никаких данных в подтверждение детальной функциональной аналогии между мозгом и машиной, общий подход и терминология, характерные для науки о вычислительных машинах, казались применимыми; несмотря на незвозможность полного объяснения наиболее сложных мозговых функций на основе установленных физических принципов, эти функции не кажутся какими-то сверхъестественными — создается впечатление, что лежащие в их основе операции, вероятно, будут доступны для последующих «поколений» более хитроумных машин.

Хотя вряд ли можно оспаривать наличие функционального сходства между мозгом и машиной, далеко не очевидно, можно ли на основании такого сходства делать выводы о соответствующих механизмах. Если рассматривать перевозку пассажиров через Атлантический океан только с точки зрения конечного результата, то есть веские основания говорить о сходстве между пароходом и реактивным самолетом. Оба они доставляют пассажиров из Нью-Йорка в Лондон с примерно одинаковой эффективностью (если брать среднее число перевезенных через океан людей в расчете на 1 час пребывания в пути); стоимость перевозки примерно одинакова; в обоих случаях приходится устанавливать расписание, продавать билеты, бронировать места по предварительным заказам и доставлять пассажиров из одного пункта в другой. И все же, несмотря на почти полное тождество этих «чисто функциональных» моментов, никто из этого не заключит, что и технические решения здесь настолько сходны, что конструкторы пароходов и реактивных самолетов могли бы извлечь для себя большую пользу, заглядывая друг другу через плечо. Не так ли обстоит дело с вычислительными машинами и мозгом? Быть может, сходные функциональные результаты достигаются здесь с помощью столь различных механизмов, что нельзя ожидать сколько-нибудь существенной пользы от «перекрестного оплодотворения» этих двух областей?

Что различия велики — это очевидно. Сравнивая внешний вид мозга и современной вычислительной машины, мы вряд ли усмотрим большое «фамильное сходство» между ними. Но мы не должны придавать слишком большого значения не только сходству функциональных результатов, быть может поверхностному, но и структурным различиям, которые тоже могут оказаться чисто внешними. Нам следует осознать, что физические особенности существующих электронных цифровых машин в большой степени определяются экономическими соображениями, связанными с рядом отнюдь не принципиальных ограничений, зависящих от нынешнего состояния техники. В современных вычислительных устройствах, например, часто применяются магнитные барабаны, приводимые в действие мотором, сложные механизмы для протяжки и перемотки лент, двумерные системы из магнитных сердечников и т. п. Однако только соображения стоимости и габаритов не позволяют заменить все эти механические устройства большим числом электронных переключателей, по существу сходных со схемами совпадений и триггерами, используемыми для выполнения счетных и логических операций. Действительно, можно показать, что электронная цифровая машина общего назначения могла бы всецело состоять из надлежащим образом соединенных между собой двухпозиционных электронных переключателей. В такой машине одни переключатели служили бы элементами памяти, а другие — логическими элементами для осуществления операций по обработке информации; определенные сочетания переключателей обеспечивали бы надлежащую последовательность многочисленных элементарных операций, предусмотренных программой для выполнения поставленных задач. Но в результате получилась бы сеть, обладающая всеми вычислительными и логическими возможностями самых сложных современных машин, — и все это на основе одних лишь двухпозиционных переключателей. Не нужно большого воображения, чтобы увидеть сходство между системой из множества миниатюрных переключателей, соединенных проводниками, и скоплением множества нейронов, связанных нервными волокнами.