Очень кратко и схематично рассмотрим эволюцию нервной системы живых организмов. Первые нейроны появились у примитивных живых существ как средство передачи сигнала от рецептора к управляемому им органу. Предположим, яркий свет может вызвать гибель организма. Тогда этот организм должен обзавестись рецептором света. И этот рецептор должен заставить мышечные волокна своего существа начать работать, когда появился губительный для организма свет. Благодаря этому, существо сможет переместиться в тень. Для передачи сигнала от рецептора света к мышечным волокнам нужен специальный канал передачи – нейрон. Очевидно, что этот нейрон будет иметь простейшую форму, так как он решает только одну задачу. То есть такой нейрон – просто прямой канал, по которому идёт сигнал от одной части организма до другой. Однако, просто куда-то перемещаться организму недостаточно, нужно перемещаться в тень. Поэтому одного рецептора света мало – нужна сеть рецепторов, которые будут при совместной работе находить градиенты света и вырабатывать сигнал по перемещению в направлении минимума света. Чтобы рецепторы взаимодействовали между собой и с мышечными волокнами, нейрон от одного рецептора должен уметь взаимодействовать уже с другим нейроном другого рецептора или с мышечными волокнами. Так произошло усложнение структуры нейрона, а также появилось их взаимодействие.
По мере усложнения организма и изменения его задач по выживанию, усложнялась и структура нейрона. А сами нейроны стали формировать сеть, по которой сигнал может не просто передаваться, но и видоизменяться, то есть обрабатываться таким образом, чтобы сформировать такой сигнал, принимаемый управляемыми органами, от которого они работали бы наиболее эффективно для организма. В результате длительной эволюции организмов, сопровождаемой их усложнением, нейрон развился до структуры, обобщённо-схематично показанной на рисунке 1.
Рис. 1
Импульс, генерируемый нейроном, распространяется по аксону, а затем передаётся другим нейронам или управляемым им специализированным клеткам посредством концевой ветви аксона. Если отростки концевой ветви подходят к дендритам других нейронов, то образуют совместно на границе синапсы. Синапс обеспечивает передачу импульса, пришедшего по аксону, другому нейрону.
В результате такой структуры нейронов, в организме может формироваться сложная сеть из нейронов (например, в виде ганглий, центральной нервной системы). У некоторых сетей появилась функция самообучения на определённые действия при поступлении различных сигналов от многочисленных рецепторов. Самообучение происходит за счёт изменения архитектуры нейрона (изменение структуры дендритов на клетке нейрона, изменение структуры концевой ветви аксона, изменение характеристик синапсов). Также может происходить появление новых нейронов, но также и их гибель.
Одновременно с усложнением структуры сити, должен был усовершенствоваться и механизм передачи сигналов по сети. Если в простейшем случае передача сигнала от рецептора к управляемому органу производится по одному нейрону, то в более сложном случае происходит его передача уже по группе нейронов (пучку нейронов). В ещё более сложном случае, сигнал передаётся не только по пучку, но и по последовательным цепочкам нейронов. При этом, переходя от одной цепочки к другой, сигнал одновременно может теперь и обрабатываться за счёт определённой топологии связей между нейронами цепочки. Топология связей создаётся с помощью синаптических связей между нейронами. Эта топология видоизменяется под влиянием прошедших через них сигналов за счёт формирования новых и модификации старых синаптических связей. То есть топология сохраняет определённую историю прохождения сигналов. Таким образом, появляется механизм сохранения какой-то части информации. В ещё более сложном случае цепочки разных пучков способны взаимодействовать между собой. Это позволяет подавать сигнал на управляемые органы с учётом информации, идущей по другим пучкам от других рецепторов. То есть сигнал на исполнительный орган уже позволяет этому органу действовать в зависимости от сигналов от нескольких рецепторов. При этом передача информации от цепочки одного пучка цепочке другого пучка будет сопровождаться дополнительной её обработкой. То есть передача сигналов приобретает характер передачи и обработки информации по слоям, формируемым цепочками пучков нейронов. В этом случае, в слое могут появляться дополнительные цепочки, которые непосредственно не получают информацию от рецепторов, а только обрабатывают её, получая сигналы от других цепочек. Такая структура пучков нейронов позволяет долговременно хранить сложную обработанную информацию и в большом объёме.
Следующим этапом эволюции сети нейронов стало появление коры, покрывающей пучки нейронов. Кора стала обеспечивать единую связь между самыми разными многочисленными пучками нейронов. Эта связь в коре осуществляется как путём передачи сигналов по аксону, так и за счёт последовательного возбуждения нейронов. При этом от одного нейрона к соседнему сигнал всё равно передаётся по аксону (но уже достаточно короткому). Такая связь не позволяет создавать прямой канал передачи сигнала от одного пучка другому из-за наличия связей любого нейрона коры с многочисленными соседними нейронами. То есть всегда будет возбуждаться не какой-то путь в коре, а в проведении информации будет участвовать поочерёдно группы нейронов. Возбуждённую группу нейронов, принимающую участие в передаче в какой-то момент определённой информации, принято называть паттерном. Таким образом, в коре информация передаётся и обрабатывается за счёт последовательного возбуждения паттернов. При этом каждый паттерн взаимодействует (передаёт или получает информацию) с тем пучком нейронов, над которым он находится. То есть паттерн, двигаясь по коре постоянно считывает или записывает информацию в более глубинных структурах мозга. Но так как нейроны паттерна проводят сигналы они тоже видоизменяют свои синаптические связи. То есть в коре тоже хранится долговременная, но также и кратковременная информация. Причём, кратковременная информация хранится за счёт возбуждения замкнутых цепочек нейронов (это возможно благодаря малой длине аксона). За счёт компактности нейронов коры головного мозга, в ней находится подавляющее количество нейронов организма, поэтому основной объём информации стал храниться в коре.
Теперь обратим внимание на то, что передача сигналов путём последовательного возбуждения паттернов, есть по своей сути волновой процесс. То есть в коре обработка и передача информации обуславливается, в том числе, и волновыми законами. Главная особенность волны – невозможность точно измерить параметры волны. Всякое её измерение приведёт к изменению параметров волны, так как измерение возможно только при каком-то отборе энергии волны. А любой отбор энергии от волны – это есть изменение её параметров. Таким образом, обработка и передача информации с участием волновых процессов – есть недетерминированный процесс. Появление такого процесса является предпосылкой для возникновения сознания, так как появилась вариативность обработки информации. Таким образом, с появлением коры головного мозга, в которой важную роль играют волновые процессы, стало возможным появление сознания. У организма появилась новая возможность более лучшей адаптации к внешней среде. Поэтому дальнейший путь эволюции организма пошёл по пути развития и усовершенствования его сознания. Ясно, что какая-то информация, созданная с участием сознания, является полезной для организма, и она должна где-то сохранятся. Появляются (в процессе эволюции) разделы коры, в которых начинает хранится эта полезная информация, созданная с участием сознания. С появлением этого участка коры появляется самосознание этого организма, то есть организм приобретает механизм памяти о своих полезных и вредных действиях, вызванных его сознанием, о самом себе, о внешнем мире и своём месте во внешнем мире. Важно – этот участок коры становится таким же источником постоянного поступления информации в сознание, как и от других органов чувств организма. Таким образом, самосознание – это тоже орган чувств организма. Характер этих чувств своеобразный – мы их называем эмоции, чувства и т.п.
Наконец эволюция подошла к такому моменту, когда у животного вида – человек развились речевой и жестикуляционный аппараты для передачи друг другу информации о полезных действиях, о себе, о внешнем мире. Первоначально с помощью простых сочетаний звуков и жестикуляций происходила передача достаточно простой информации: об опасности, месте пищи, способе добычи пищи, координации действий людей и т.п. Но эволюция пошла дальше, и сознание стало придумывать определённые комбинации звуков (слова) для передачи более разнообразной информации от одного человека другому. Причём эти комбинации звуков несли гораздо больше полезной для человека информации, чем образы, которые несут массу ненужной информации. Поэтому запоминание полезной информации в виде комбинации звуков намного более экономно, чем её запоминание в виде образов. Эти комбинации звуков стали запоминаться в тех участках коры, где находится самосознание. Слова стали являться также информацией для дальнейшей обработки сознанием. Оказалось, для мозга более эффективно хранить и обрабатывать многочисленную информацию с помощью слов, которые переносятся и обрабатываются маленькими паттернами, чем ранее с помощью сложных образов, для передачи и обработки которых необходимы были громоздкие паттерны, потребляющие много энергии головного мозга. В силу требования большей энергоэффективности мозга, постепенно самосознание мозга образами заменяется самосознанием с помощью слов. Самосознание мозга с помощью слов и обработка информации с помощью слов являются в совокупности разумом. Однако большая часть сознания продолжает обрабатывать и образы, так как подавляющая часть информации от органов чувств к человеку из внешнего мира поступает всё-таки с помощью зрительных, звуковых, обонятельных, осязательных образов. Заметим, что постепенно передача информации с помощью жестикуляции стала уходить из обихода, так как она более энергозатратная для мозга. Однако, для некоторых людей она осталась важной, например, для глухонемых или при общении с иностранцами.
Отметим, что в момент рождения человека у него в памяти нет никаких слов для хранения информации. То есть у младенца самосознание осуществляется с помощью образов с момента начала поступления информации из внешнего мира. По мере увеличения у него словарного запаса, всё больше информации в самосознании начинает храниться с помощью слов и всё меньше с помощью образов. В какой-то момент хранение информации с помощью образов в самосознании практически прекращается как энергетически неэффективное и заменяется хранением при помощи слов. Разум давит образность самосознания.
В заключение, хотелось бы сказать о терминологии. В большинстве случаев, деятельность человеческого мозга делят на две фазы: сознание и подсознание. И очень часто сознание отождествляют с разумом. Теперь, с точки зрения изложенного материала, следует говорить о таких двух фазах: самосознание и сознание. Никакому подсознанию в изложенном материале места нет. Можно говорить о бессознательном, то есть о рефлексах. Само же самосознание может существовать в форме образов или разума, или их сочетания. Сочетание имеется у младенцев и высших животных.
