От диффузной нервной системы к сознанию 

Еще Сеченов [11] обратил внимание на ведущую роль нервной системы в осуществ­лении двигательных актов и на проявление любой активности животных, в основном, в ви­де координированных мышечных сокращений. Нервная система, осуществляя эту коорди­нацию, формирует двигательные акты, поэтому является ведущим органом у животных, т.к. основное отличие животных от растений заключается в наличии у первых передвижения. Чем больше у животных мышц и мышечных волокон, тем больше у них нервных клеток и тем изощреннее у него двигательные акты. Нервно-мышечная система регулирует не только внешнее передвижение, но и внутреннее состояние организма через мышечные волокна, находящиеся во внутренних органах и системах.

Красной нитью в эволюции всех животных проходит тенденция к централизации, а в дальнейшем — к цефализации нервной системы. На основе нервно-мышечной системы, как этапы ее развития, сформировались анализаторные системы мозга как необходимый инст­румент для формирования сложных двигательных актов. Эти системы развились как аппарат анализа окружающей обстановки и внутреннего состояния организма, и для адекватной реакции ор­ганизма с учетом предыдущего его опыта, состояния внешней и внутренней среды, и как можно более дальнего прогноза их возможных изменений. Собственно говоря, мозг и есть результат развития нервной системы через развитие сенсорных систем. Проследим эволю­цию мозга на основе эволюции зрительной сенсорной системы.

Впервые нервная система, в виде нервной сети, появляется у кишечнополостных, и уже их представители — медузы, имеют органы чувств — глазки, реагирующие на свет [10]. Ракообразные и насекомые уже имеют глаза со сформированной сетчаткой. У низших по­звоночных — круглоротых (миноги и миксины) регистрируется наличие кроме ретины также и НКТ — наружного коленчатого тела, а их конечный мозг состоит из так называемых пар­ных “полушарий” с зачатками коры [7]. У предков млекопитающих и рептилий регистриру­ется кора с невысоким уровнем дифференциации, наибольший же уровень развития коры, в первую очередь, ее ассоциативных полей, наблюдается у приматов, особенно у человека [1]. Начиная с обнаружения Маунткастлом в соматосенсорной системе “бочонков” [14], а Хьюбелом и Визелом в зрительной системе — “колонок”[12], было установлено, что у всех животных, имеющих сенсорные системы, в том числе и у человека, наблюдается модульная организация нервных клеток на всех уровнях мозга. Особенно рельефно модульное строе­ние, по крайней мере, зрительной системы, видно на примере фасеточного строения глаз из омматидиев у насекомых и ракообразных.

Каких либо качественных структурных изменений нервной системы, обусловли­вающих появление сознания, до сих пор не обнаружено. Какова же функциональная роль этих эволюционных преобразований? Все вышеперечисленные узловые моменты эволюции осуществляются по единому принципу — появление новых органов и систем позволяет получать максимум эффекта с ми­нимумом затрат энергии. Таким образом, новый организм на свое существование в одних и тех же условиях затрачивает меньше жизненной энергии по сравнению с предыдущими эволюционными формами. Это означает, что он может существовать и в более жестких ус­ловиях, — т.е. он более устойчив к изменению среды.

С возникновение нервных сетей у животных появилась возможность к автономным (местным) реакциям на незначительные раздражители [10], что, естественно, снижает энер­гетические затраты организма.

На следующей ступени эволюции, после возникновения сенсорной специализации, энергетически оптимальным оказалось модульное строение нервной системы: ее отделы построены из комплекса одинаковых наборов клеток, имеющих схожую конфигурацию свя­зей между собой и выполняющих одну и ту же функцию. Функция эта заключается в осу­ществлении операции вычитания из сигнала, приходящего от рецептивного поля данного модуля, усредненного сигнала, возникающего в других модулях данного уровня нервной системы при возбуждении их сигналами из собственных рецептивных полей. Такая особен­ность работы биполяров и ганглиозных клеток при усредняющих воздействиях горизон­тальных и амакриновых показана в сетчатке глаза [6]. При обобщении очень большого ко­личества экспериментальных данных многих авторов по взаимодействию нервных клеток, с установлением основных закономерностей реальной работы модуля нервной системы, раз­работана компьтерная модель модуля, в которой в качестве внешнего усредненного сигнала имитировался изменяющийся уровень потребности и памяти [3, 4]. Эта модель позволила перейти от нейрокомпьтеров к новому поколению интеллектуальных кибернетических систем — брейнпьютерам [5]. Модуль позволяет выделять сигнал из окружающего фона. Для увеличения охвата информации сенсорной системой необходимо только увеличивать количество модулей, а для охвата информации с разными энергетическими носителями необходимы соответствующие рецепторы и нужное количество этих модулей.

На следующей ступени эволюции возникла необходимость более тонкого анализа внешней и внутренней среды организма с выделением слабых и сложных сигналов для большего приспособления к окружающей среде. И эволюция пошла по простому пути — построению иерархической последовательности модульных структур. Принцип работы этой последовательности очень простой. На первом уровне в качестве фона (усредненного сигнала) выступают сигналы, поступающие от рецепторов, и в результате работы модулей про­исходит выделение сигнала из окружающего фона. На следующем уровне, построенном из таких же модулей, в качестве сигналов поступают нервные импульсы, являющиеся результатом работы модулей предыдущего уровня. Таким образом, модули второго уровня выделяют сигнал не из всего фона, а из усредненного значения обнаруженных модулями перво­го уровня изменений фона. Тонкие, тщательно проведенные эксперименты по детальному анализу нейронной активности сетчатки, НКТ и зрительной коры показали, что согласован­ная активность нейронов НКТ направлена на уменьшение зависимости проходящих через него сигналов от колебаний интенсивности фонового освещения [2] — т.е. для НКТ фоновое освещение уже не является фоном. Третий уровень последовательности является набором таких же модулей и результатом его работы является выделение сигнала, но уже из фона, создаваемого выходящей активностью модулей НКТ. Но на третьем уровне работа модулей несколько сложнее — они производят не точечное описание выходящей активности модулей НКТ, а, как показали Хьюбел и Визел, линейчато-ориентационно-дирекциональное описа­ние[12, 13].

Прямые исследования на человеке подтвердили, что определяющим для работы под­корковых структур зрительного анализатора (в исследованиях не дифференцировались НКТ и сетчатка) является изменение фоновой освещенности, а для работы зрительной коры -сложные зрительные стимулы, изменение же освещенности на кору не влияет [8]. В этих же исследованиях было установлено, что бессознательная память, сформированная на подкор­ковом уровне зрительной системы человека, полностью определяется наличием простого зрительного фона и той потребности, на фоне которых она была сформирована. И там же было показано, что бессознательная память, сформированная на корковом уровне зритель­ной системы, полностью определяется сложным зрительным фоном (но не простым) и по­требностью, на фоне которых она была выработана.

Следующий этап эволюции характеризуется появлением сознания. Как говорилось выше, структурных коррелятов сознания не обнаружено. Но проведенные на человеке ис­следования показали, что функционирование осознаваемой памяти, в отличие от бессозна­тельной, не зависит от наличия или отсутствия потребности, на фоне которой она была выработана [9]. В этих же исследованиях было установлено, что сознание локализуется на корковом, а бессознательные потребности — на подкорковом уровне вегетативного анализатора, бессознательное локализуется на корковом, подкорковом и рецепторном уровнях всех остальных анализаторов. Установлено, что сознание и бессознательное функционируют ав­тономно друг от друга в виду реципрокного взаимодействия, бессознательное формируется и функционирует по законам формирования и функционирования условно-рефлекторной связи. Также установлено, что сознание восполняет недостатки формирования и функцио­нирования, присущие бессознательной памяти, и этим самым повышает устойчивость орга­низма к изменениям окружающей среды. На основе этих установленных закономерностей видно, что основным инструментом развития человека стало развитие мышления. Причем определяющим для осознанного мышления является процесс аналогии, — т.е. перенос свойств и закономерностей, установленных при одних условиях внешней и внутренней сре­ды на другие условия, т.к. функционирование осознаваемой памяти не зависит от наличия или отсутствия потребности, на фоне которой она была выработана. Использование этой особенности сознания позволило формулировать гипотезы и экспериментально проверять их, экстраполировать и интерполировать закономерности, проводить дальний прогноз из­менений внешней и внутренней среды. Таким образом, для развития сознания не потребо­валось каких-то структурных перестроек нервной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Батуев А. С. Закономерности эволюции интегративной деятельности мозга млеко­питающих // В кн.: Руководство по физиологии. Эволюционная физиология. Ч. 1. — Л.: “Наука”, 1979. — С. 146-196.

2. Вальцев В.Б. Пространственная организация пластичности зрительных процессов (нейрофизиологический анализ). Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. докт. биол. наук. — М., 1989.

3. Вальцев В.Б. Григорьев И.Р., Лавров В.В., Черкашин Е.А. Неоднородные сети и проблемы моделирования высших функций мозга // Материалы конф. “Нейрокомпьютеры и их применение”. — М., 2000.

4. Вальцев В.Б., Лавров В.В., Пушкарев Ю.П. Моделирование функциональной еди­ницы мозга: регуляторные и системно-информационные принципы // В кн.: XXX Всерос­сийское совещ. по пробл. ВНД. Т. 1. — Санкт-Петербург, 2000. — С. 296-299.

5. Вальцев В.Б. и др. (Valtzev V.B., Grigor’ev V.R., Nikonov V.G., Kobsar I.V. Brain-puter and neural architecture of neurocomputers // J. of neurocomputing, 1996. V. I, N. 1. — pp. 51-59).

6. Глезер В.Д. Зрение и мышление. — Л.: Наука, 1985. — С. 13-21.

7. Карамян А.И. Эволюция интегративной деятельности мозга домлекопитающих по­звоночных // В кн. Руководство по физиологии. Эволюционная физиология. Ч. 1. — Л.: “Наука”, 1979. — С. 81-145.

8. Мещеряков В.П. Структурно-функциональная теория бессознательной памяти // Ж. Вест. Тамб. ун-та, сер. “Гуман. Науки”, вып. 3-4, 1996. — С. 71-82.

9. Мещеряков В.П. Количественные показатели осознаваемой и бессознательной па­мяти, формирующейся на одни и те же стимулы // Ж. Вести. Тамб. ун-та, сер. “Естеств. и техн. н.”, Т. 3, вып. 2, 1998.-с. 152-158.

10. Свидерский В.Л. Эволюция нервной системы и некоторые проблемы управления локомоцией беспозвоночных // В кн.: Руководство по физиологии. Эволюционная физиоло­гия. Ч. 1.- Л.: “Наука”, 1979. — С.24-80.

11. Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. М., 1952. — 231 с.

12. Hubel D.H., Wiesel T.N. Single unit activity in striate cortex of unrestrained cats // J. Physiol., 1959. V. 147. — p. 226.

13. Hubel D.H., Wiesel T.N. Receptive fields, binocular interaction and functional archi­tecture in the cat’s visual cortex // J. Physiol., 1962 . V. 160, N. I. — pp. 106-154.

14. Molintcastle V.B. Modality and topographic properties of single neurons of cat’s so­matic sensory cortex // J. Neurophysiol., 1957. V. 20, N 4. — pp. 408-434.

§384 · By · Апрель 15, 2014 ·


"Гуманитарный научный журнал" | ЦНИИ "Парадигма"

Прием пожертвований на развитие проекта