Мозг. Неожиданные ответы на простые вопросы. Глава 5.

Для чего же понадобилось сложным многоклеточным организмам перераспределять сигналы, получаемые от рецепторов по различным эффекторам? Ответ на этот вопрос очень простой и логически закономерный – именно в силу того, что чем более в процессе эволюции усложнялся многоклеточный организм, тем его органы, осуществляющие перемещения в пространстве становились сложнее. Сложнее и разнообразнее становились как отдельные локомоции, так и поведение в целом. Элементарной системной единицей, осуществляющей это распределение, которое можно называть «обработкой информации», является «Павловская» рефлекторная дуга. Стоит сразу при этом оговориться, что элементарной системной единицей она является как «принципиальная схема». Нельзя забывать ни того, что состоит она из отдельных живых одноклеточных организмов, которые сами по себе уже далеко не просто «детальки», ни того, что реальные «Павловские дуги» очень разнообразны по строению. Но чтобы добиться понимания живых процессов, мы вынуждены изучать их по уровням организации, и всё ближе подступая к принципам работы мозга, нужно абстрагироваться от внутриклеточных процессов и перейти на тканевый уровень.

Всем хорошо известна схема выработки условного рефлекса, в процессе которой между нейронами образуются связи различной устойчивости. А что представляют собой врождённые программы поведения, состоящие из множества безусловных рефлексов, как не генетически определяемые нейронные комплексы с множеством связей? И образуются эти связи и комплексы в процессе эволюции, в общем-то, по той же самой схеме, что и условные рефлексы. В чём между двумя механизмами разница? Если образовавшаяся временная межнейронная связь условного рефлекса приводит к полезному для выживания изменению поведения особи, она становится более устойчивой. Если подкрепление отсутствует, то есть, выгоды от усложнившегося поведения нет, она разрушается. В случае врождённых программ поведения имеет место стандартная эволюционная схема: мутация ДНК – изменение межнейронных ассоциаций – изменение поведения – отбор полезных поведенческих изменений. Таким образом, изменения поведения по типу «условных рефлексов» происходят на протяжении жизни особи, изменения врождённого, генетически определяемого поведения – тысячи и миллионы лет в рамках популяции, вида, и более высоких таксонов.

При этом, врождённые программы поведения достигают фантастической сложности! Вспомните охоту стрекозы. Я сильно сомневаюсь, что сегодня можно создать компьютер, который при размере стрекозиных нервных ганглий способен обеспечить такую поведенческую сложность и быстродействие! А ведь скорость проведения нервного импульса составляет максимум 120м/с. Против 300 000 км/с. скорости электрического взаимодействия. Разница в 2 500 000 раз! Как при этом можно строить аналогии между машинной обработкой информации и обработкой информации нервной тканью? Ведь уже из этого сравнения должна возникнуть мысль о принципиально различных не просто способах, а подходах к этой обработке. Мы не раз ещё вернёмся к этой мысли, а сейчас продолжим о врождённых программах поведения и приобретаемых в процессе жизни особи.

Сначала о врождённых. Выше мы уже говорили о том, что почти с самого начала появления многоклеточных организмов появилась и нервная ткань. Усложнялись способы перемещения в пространстве, усложнялось поведение, усложнялась и нервная система. Строго параллельно, и очень долго. Единственно возможным для живого эволюционным путём – то есть путём бесчисленных «проб», ошибок и «находок». Интересно посмотреть – а в чём, собственно, выражалось усложнение нервной системы? Во-первых (в моём изложении, на самом деле не было «первого» или «второго», процессы шли параллельно), усложнялись рецепторы. От простой рецепции «точечного» раздражения шло развитие к органам чувств, состоящих из тысяч и десятков миллионов рецепторов в КАЖДОМ! От ПОЧТИ каждого рецептора какого-либо из органов чувств к ЦНС идёт отдельный центростремительный нейрон. Оговорюсь, что да, в некоторых органах чувств бывает и одно волокно на несколько чувствительных рецепторов, например, в сетчатке на один нейрон несколько палочек, но всё равно – мы видим МУЛЬТИРЕЦЕПТОРНОСТЬ каждого из органов чувств и МУЛЬТИКАНАЛЬНОСТЬ проведения ИНФОРМАЦИИ. На конце, противоположном рецепторному каждый сенсорный нейрон посредством синапса соединяется с тем, что в упрощённой схеме рефлекторной дуги названо «вставочным нейроном». Оговорюсь: разумеется, есть множество моносинаптических рефлекторных дуг. По такой дуге работает известный всем «коленный рефлекс». Но в области обработки информации от сложных органов чувств уже без этих абстрактных «вставочных нейронов» никак не обойтись. И в реальной нервной ткани за этим термином кроется часто сложнейшая нейронная сеть, связанная тысячами синапсов с другими такими же сетями. При этом не забываем и про двигательные нейроны, идущие от этих сплетений к эффекторным органам. К тем же мышечным волокнам. Причём, концевые синаптические бляшки каждого нервного волокна редко единичны и воздействуют на одно волокно. Чаще – сразу на несколько. Более того, даже «простой» коленный рефлекс имеет систему обратной связи в виде рецептора, находящегося в эффекторе (мышце в данном случае) и посылающего после реализации рефлекса информацию об этом в нервный центр, после чего только действие рефлекса прекращается. Потому сейчас вместо термина «рефлекторная дуга» считается более правильным употреблять термин «рефлекторное кольцо».

Важно постоянно помнить, что все эти сложнейшие системы связей между нейронами, рецепторами и эффекторами возникали ПОСТЕПЕННО в процессе ЭВОЛЮЦИИ. СЛУЧАЙНО возникавшие «ошибки» в генетическом коде приводили к появлению новых межнейронных связей, которые давали новые двигательные возможности. Некоторые из этих новых движений – поведенческих актов повышали шансы особей выжить и размножиться, и закреплялись. Разумеется, неизбежно возникает вопрос – как так «удачно» могли сложиться «ошибки» в репликации ДНК, что возникала и новая межнейронная связь, и новые нервные и мышечные волокна, и новые рецепторы? Тут и стоит опять вспомнить о том, как мало мы знаем о пути от гена к структуре. Механизмов, делающих эволюционный процесс не столь тотально случайным, может быть множество. В частности, и то, о чём мы говорили несколько выше – удивительная «свобода» клеток многоклеточного организма именно в области структурной динамики и роль в этом цитоскелета и межклеточного матрикса. Да и сами мутации не так уж случайны, как казалось ранее. В частности – частоты мутаций различны на разных участках ДНК, и сами могут, по-видимому, так же подвергаться естественному отбору, и таким образом, формирующиеся в результате мутаций эволюционные тренды (результат очень удачных мутаций) могут влиять через отбор на повышение частоты мутаций на конкретных участках. Появилось множество новых открытий и теорий, которые совсем недавно получили бы клеймо «лысенковщины и ламаркизма», а сегодня позволяют гораздо глубже понять эволюционный процесс. Интересующиеся могут посмотреть некий «свод» таких идей и открытий здесь: http://www.evolbiol.ru/neolamarck.htm и здесь

http://www.contrtv.ru/common/2790. Я же продолжу о мозге и «обработке» в нём информации.

И тут опять мне придётся впасть в грех сравнения машинной обработки информации с работой мозга. Оправдаюсь тем, что делаю это только для облегчения понимания излагаемого, во-первых, и чтобы показать, что аналогии здесь не уместны, во-вторых. В ваш телевизор от приёмной антенны идёт один единственный проводник. Несколько проводков – в монитор компьютера, или клавиатуры. У гипотетического самоориентирующегося в пространстве робота к его процессору тоже будет идти один проводок от лазерного дальномера, один или несколько от устройства сканирования пространства, от микрофонов, датчиков температуры и т.п. … Для передвижения робота сигналы, поступающие по этим ЕДИНИЧНЫМ проводникам будут анализироваться, рассчитываться работа сервомоторов (или что там у него?). Рассчитываться по законам нашей вербальной логики. Не важно, что в данном случае математической, в какой ни будь там двоичной системе. Важно, что робот этот будет нашим образом и подобием. Вернее, образом и подобием нашего МЫШЛЕНИЯ. Он будет «думать».

Но НАШ МОЗГ НИКОГДА НЕ ДУМАЕТ! Он в принципе не занимается такой ерундой! Но просто УЗНАЁТ ОБРАЗЫ среды. А каждому из образов среды соответствует свой образ двигательного (разумеется, и секреторного тоже, но нам сейчас важно движение) ответа. Всё. Больше ничем мозг не занимается. Никакими «вычислениями», никаким таким строго звучащим «принятием решения». Мозг не думает… Забудьте об этом навязчивом заблуждении человечества.

Что это за образ среды, где и как он формируется? Уже на границе среды и многоклеточного организма. В процессе раздражения мультирецепторных органов чувств. Та же сетчатка, как самый наглядный пример.

Её рецепторы и группы рецепторов в отдельно взятый отрезок времени активируются светом с разной силой, в разном сочетании, с разной последовательностью. А это тысячи и миллионы рецепторов. Каждое их сочетание плюс параметры раздражения УНИКАЛЬНЫ. Это уже ОБРАЗ среды. Нет необходимости его как-то «обсчитывать» и «анализировать». Далее, по мультиканальному проводнику в центральную нервную систему поступает уже этот готовый образ (а не комплекс кодированных сигналов как при машинной обработке информации), где имеется его АНАЛОГ в виде так же уникальной сети нейронов с синаптическими связями и выходами на центробежные нейроны. Происходит МГНОВЕНОЕ ОПОЗНАНИЕ образа, и нейронная сеть выдаёт образ ответной реакции уже в виде импульсов на двигательные нейроны (и опять мультиканал), ведущие к эффекторам. Параллельно работает и система обратной связи, рецептирующая как работу эффекторов, так и вызванное действием организма изменение образа среды. Всё это продолжается до тех пор, пока поведение не достигнет своей цели. В простейшем случае – восстановление внутреннего гомеостаза и комфортности среды. То есть ОБРАЗА гомеостаза и комфортности касательно нервной системы. Можно было бы применить вместо архаичного слова «образ» слово ИНФОРМАЦИЯ. Или, скажем, «пакет информации» или ещё как-то так «современно». Но не хочу, почему-то. Мне кажется, это создало бы путаницу.

Поговорим немного об уникальности «входящего образа», «хранящегося образа», и образа ответного действия. Они различны по уникальности именно. По-настоящему из них уникален только входящий образ. Образ, «хранящийся» в виде нейронных связей, это уже усреднённый образ. То есть его нейронные связи будут комплементарны к довольно большому набору входящих образов, состоящих из идущих к ним по тем или иным нейронам импульсов. Нейронный комплекс, формирующий этот образ состоит из ассоциации ЖИВЫХ клеток. Структура ассоциации постоянно меняется. Даже без поступления новой информации. За счёт этого происходит ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ образа и ОПТИМИЗАЦИЯ самой ассоциации. Существует некий «порог» узнавания входящих образов, допустимое несоответствие «картины» из набора возбужденных центростремительных нейронов набору нервных клеток, объединённых связями для «хранения» данного образа. Ответный образ в виде набора возбуждённых двигательных нейронов тем более будет отличаться как от первого образа, как и от второго своей ещё более низкой уникальностью, так как двигательные ответы на различные изменения среды могут быть одинаковыми, с одной стороны, и с другой стороны – конкретное движение ещё не есть законченный двигательный акт, и здесь разнообразие достигается уже комплексом отдельных актов, связанных в ПОВЕДЕНИЕ. Из сказанного, на мой взгляд, очень важен тот момент, что «хранящийся образ» именно усреднён. Это означает, что двигательный ответ организма на изменения среды крайне редко будет предельно точным и адекватным. Достижение цели двигательного акта и поведения всегда имеет некую вероятность. В каких-то случаях довольно высокую, в каких-то низкую. В дальнейшем мы ещё вспомним этот важный момент. Пока же отмечу его как ещё одно принципиальное отличие в поведении животного и машины. Если создатели машины очень хорошо изучили физику движений, которые предстоит выполнять машине, условий изменений среды, в которой выполняются эти движения, переложили их на язык математики и программирования, сконструировали все необходимые рабочие органы машины с необходимыми степенями свободы и снабдили её необходимыми сенсорами, машина будет действовать с АБСОЛЮТНОЙ точностью! Чего никогда, практически, не бывает, в мире живого. У живого успех действия всегда имеет ВЕРОЯТНОСТЬ. И не всегда высокую. Повторю, так как считаю это очень важным моментом, именно потому, что мозг НЕ ДУМАЕТ, НЕ ВЫЧИСЛЯЕТ. Мозг – УЗНАЁТ.

Стоит ещё сказать о том, как и где «записано» это поведение. Существует ли некий алгоритм последовательности и характеристик отдельных движений и поведенческих актов, складывающихся в поведение? Думаю – нет. Такие «прописи» просто не нужны. В них нет никакой необходимости. Вполне достаточно существования «хранящихся образов» (пока мы говорим об образах,, выработанных в процессе эволюции поведения), «записанных» на комплексах нейронов и их связях. Ведь один задействованный образ в процессе двигательного ответа совершенно автоматически через органы чувств будет активировать следующий «образ» и вызывать логичное относительно цели продолжение поведения. Вплоть до достижения цели поведения. И чем выше будут пороги узнавания привходящих от органов чувств образов, тем поведением будет стандартнее, консервативнее. Не здесь ли кроются и причины различных расстройств поведения? В том числе и у человека. Кстати, отсутствие необходимости именно в «прописи» последовательностей поведенческих актов должно утешить многих «технарей», озабоченных тем, что у мозга, якобы, маловата информационная ёмкость. Ведь высвобождается столько места! Да и вообще, сдаётся мне, что при таком способе «записи» поведенческой информации, и самом характере хранимой информации, ёмкость мозга стремится к бесконечности. И в самом деле, представьте себе нерв – мультиканал, идущий от мультирецептора, в которых по сотне нейронов и по сотне рецепторов соответственно. Только по самому простому способу кодирования «образа» (возбуждён рецептор или не возбуждён, так любимая многими двоичная система), возможно опознание 2 в сотой степени различных образов. А ведь в зрительном нерве, к примеру, более миллиона волокон…