К теории сознания

Введение

При разработке теории биологического сознания использовался принцип наибольшей простоты, который гласит: «Чем проще гипотеза, тем выше вероятность, что она верна».

Очевидно, что биологическое сознание — это способ обработки поступающей к организму информации с целью формирования поведения, обеспечивающего его выживание и размножение.

Однако также очевидно, что живой организм не может напрямую обрабатывать информацию — он не является вычислительной машиной. Именно поэтому теория биологического сознания должна в первую очередь устранить это противоречие.

Как это сделать?

Вся поступающая в организм информация недостаточно определена — она размыта, представляет собой бесконечный континуум вариантов, сосредоточенных в определённом диапазоне значений. Эта нечёткая информация поступает и распространяется с помощью сигналов, формируемых нейронами, через ощущения. Ощущения — особый механизм работы с нечёткой информацией при помощи аналоговых устройств.

Благодаря обучению организм реагирует на упорядоченную повторяющуюся совокупность ощущений, которую называют образом. Обучение заключается в том, что образ закрепляется в структуре нейронной сети, которая способна среагировать на поступивший сигнал, соответствующий сохранённому образу, и выдать взамен управляющие сигналы — свой собственный образ. Следовательно, вся обработка информации в организме происходит в форме работы с образами. Образ — это также размытый набор информации. Каждый раз, когда в организме появляется образ, похожий на записанный в структуре, он вызывается и включается в работу — это называется восприятием образа.

Этап восприятия может завершаться либо выполнением организмом действий, определённых сигналами-образами, либо возвратом этих сигналов назад в систему. Взаимодействие сигналов и ощущений может снова сформировать другой образ, и процесс работы с образами повторяется — зацикливается. Каждый цикл приводит к новым образам, и некоторые из них вызывают у организма полезные действия. Поскольку образ — это размытый набор информации, цепочка восприятия и реакции не прерывается: всегда происходит следующий этап — восприятие новых сигналов, даже если они слабо похожи на уже записанные в структуре образы. Однако, если одна и та же совокупность сигналов повторяется несколько раз, система запоминает эту совокупность как новый образ.

Непрерывный циклический процесс ощущения –> образ –> восприятие и образуют биологическое сознание. В какие-то моменты сознания организм совершает действие – тогда восприятие реализуется в действии.

Таким образом, биологическое сознание есть особый механизм работы с нечёткой информацией, основанный на ощущениях этой информации.

Историческая ретроспектива представления о сознании

История развития представления о сознании занимает много сотен веков (свыше 2 тысячелетий). Одно из первых осмыслений этого феномена встречается в Библии. То, что сейчас мы называем сознанием, в Библии называется душой. Душа — бестелесная субстанция, временно находящаяся в теле человека, осознающая себя и управляющая поведением человека. Причём душа может находиться только в теле человека: остальные живые организмы, по Библии, не имеют души. После гибели тела душа покидает его и существует самостоятельно неограниченно долго.

Исторически иной (новый) подход к пониманию сознания сформулировал Аристотель своим высказыванием: «Я мыслю — следовательно, я существую». То есть осознание своего существования Аристотель связывал с мыслительным процессом. Эта концепция тождественности сознания и мышления просуществовала свыше 2 тысяч лет. Все философы в течение этого периода относили сознание только к человеку, который из всех живых организмов на планете способен к мыслительным процессам. Изменение этой концепции началось только в середине XX века. Началось разделение двух понятий: мышление и сознание. К концу XX века превалирующей концепцией стало отличие этих двух понятий, при этом мышление считается одним из проявлений сознания. В результате стало широко распространённым взглядом признание наличия сознания не только у человека, но и у ряда других животных: в первую очередь млекопитающих, затем птиц и, наконец, у некоторых видов рыб. Именно с этих позиций и рассмотрим биологическое сознание. Эта концепция автоматически предполагает его деление на несколько уровней. При этом у человека есть высший уровень сознания — мышление, которое отсутствует у других живых организмов. Однако, это сразу делает нецелесообразным употребление для человека понятия подсознание. Корректнее для него говорить — неосмысливаемое. У человека высший уровень сознания — мышление приводит к смещению других уровней в тень мышления, и мы просто не замечаем их. Всякая попытка перейти на более низкие уровни осознания моментально вытесняется мышлением. Только благодаря длительным и упорным тренировкам можно добиться работы сознания с отключённым уровнем мышления. Этого, возможно, достигают йоги.

И наконец, сейчас представление о сознании поставило вопросы: «Присуще ли сознание только биологическим организмам и можно ли создать искусственное сознание? А если можно создать искусственное сознание, то нужно ли это делать? Не представляет ли искусственное сознание угрозу человечеству? Какие должны быть права у искусственного разума, если его будут создавать?» И множество других вопросов.

Но прежде, чем решать эти вопросы, нужно разобраться в механизме работы биологического сознания.

Биологическое сознание

При изучении сознания в первую очередь возникает вопрос, почему у животных возникло сознание? Ответ на него следует из того, что в процессе длительной эволюции живых существ (представителей фауны) постепенно в них формировались структуры и механизмы, которые позволяли организму вырабатывать свои относительно рациональные реакции и поведение в ответ на состояние и потребности организма, а также воздействия на него различных факторов со стороны внешней среды. Эти реакции и поведение организма дали ему возможность быстро адаптироваться к изменениям внешней среды.

Первый механизм регулирования деятельности организма заключался в том, что различные органы, в процессе метаболизма в них, стали выделять химические соединения, которые, передаваясь внутри организма, стали влиять на работу других органов. Дополнительным шагом в этом направлении эволюции было появление у живых организмов сенсорных клеток, химическое состояние которых изменяется также и под воздействием факторов внешней среды, а также клеток, тоже химическим путём передающих дальше информацию о возникающем изменении состояния сенсорных клеток. В итоге эта информация поступает на клетки, изменяющие свою геометрию и относительное расположение так, чтобы приспособить организм к изменению внешнего фактора среды. Оба этих механизма управления и регулирования деятельности организма называются гуморальным типом регуляции.

Подобный механизм существует, например, у растений, которые реагируют на свет и начинают изменять положение своих листьев и цветка, чтобы максимально получать световой поток.

Однако у животных природа на этом не остановилась, и у них появились простейшие органы для перемещения под действием химических сигналов от сенсорных клеток. В результате дальнейшей эволюции этих механизмов сенсорные клетки эволюционировали в рецепторные клетки, а связанные с ними клетки, передающие от рецепторов информацию о среде, — в нейроны. По этим нейронам информация стала поступать на исполнительные органы. Эволюционировали также и исполнительные органы перемещения.

Благодаря появлению цепочки рецептор—нейроны—исполнительный орган, на начальной стадии видоизменения (эволюции, филогенеза) животных сформировались рациональные реакции в ответ на полезные или вредные воздействия среды на организм, которые могли вызвать его улучшение состояния или, напротив, гибель. Эти воздействия с помощью рецепторов и нейронов стали вызывать определённые ощущения организма. Из полезных можно отметить — ощущение пищи, а из вредных — ощущение опасности или боли. Эти ощущения вызывали соответствующие реакции организма. Постепенно ощущения стали распространяться на самые разнообразные факторы воздействия на организм внешней среды (звуковые, световые, химические, температурные, тактильные), которые могли быть как полезны, так и вредны организму. Вначале эти ощущения воспринимались организмом в простой форме и потому приводили лишь к простой реакции живого организма. Постепенно форма восприятия усложнялась и, соответственно, усложнялись реакции, которые в итоге превратились в поведение живого организма во внешней среде. Эта эволюция ощущения и характера действия организма во внешней среде происходила за счёт того, что в них самих возникла и эволюционировала специальная система, которая объединяла в себе структуры и механизмы восприятия ощущений из внешней среды и управления — вначале в виде простых реакций, а затем, по мере их усложнения, и в виде определённого поведения живого организма. Наиболее важная часть возникших структур — нервная система. Её эволюция привела к тому, что в ней сформировался специальный орган — древний (рептильный) мозг, для восприятия сложных ощущений (через органы чувств) и, на основе их, для управления сложными реакциями организма. Позднее появилась в мозгу лимбическая система, которая расширила функции нервной системы, стала их координировать, а также стала управлять работой гуморальной системы, сформировав на её основе гормональную систему организма. Это сформировало новый способ восприятия ощущений — эмоции. И наконец, для ещё более сложного управления поведением живого существа, сформировалась надстройка над более ранними структурами мозга — кора головного мозга. Кора, во взаимодействии с более древними структурами мозга, на основе эмоций выработала ещё более сложный вид восприятия ощущений — чувства, и все вместе они стали решать следующие задачи:

• после получения с помощью специальных органов информации из внешней среды, обработать её к виду, удобному для использования;
• сравнить обработанную информацию с хранящейся в памяти;
• на основании вышеуказанного сравнения, дополнительно используя механизм эмоций и чувств, выдать сигнал, насколько сложившаяся ситуация полезна или вредна организму;
• с использованием памяти, эмоций и чувств спрогнозировать влияние среды на организм и выработать поведение организма в сложившейся ситуации во внешней среде;
• сформировать сигналы на исполнительные органы для осуществления выработанного поведения во внешней среде;
• проанализировать, насколько осуществлённое поведение оказалось полезно или вредно для организма;
• если информация от внешней среды для организма окажется полезной или вредной, то запомнить её;
• если поведение организма во внешней среде в ответ на информацию было правильным или нет в этой ситуации, то запомнить его;
• как итог, построение модели поведения организма во внешней среде, обеспечивающей его жизнедеятельность (то есть создание в мозгу некой модели внешней среды и организма в ней).

Следствием способности мозга решать поставленные выше задачи и формирования способа поведения организма через эмоции и чувства, появилось новое его структурное свойство, которое мы называем биологическое сознание. Таким образом, отличительным свойством биологического сознания от просто сознания является использование им для управления организмом и его регуляции нервной и гормональной системы.

Таким образом, в основе биологического сознания лежит способность структуры мозга анализировать поступающую из внешней среды информацию и, затем, на основе результатов анализа, с помощью механизма эмоций и чувств, совершать определённые целесообразные для этого организма действия.

Чтобы лучше понять сущность биологического сознания, приведём следующий пример. Голодная собака встретила человека, и он накормил её. Собака, через свои органы ощущения (глаза, нюх), восприняла этого человека, и внутри мозга собаки от ощущений сформировался образ этого человека. Так как собака получила от него пищу, то в ней возникла положительная эмоция (радость). Так как два события (встреча с человеком и получение от него пищи) произошли одновременно, причём получение пищи вызвало эмоцию, то благодаря эмоции в памяти собаки сохранился образ этого человека, а также возникла связь между образом этого человека и положительной эмоцией. Возможно, сохранилась в мозгу и причина возникновения эмоции (получение пищи). В дальнейшем, когда собака встречает этого человека, и его образ совпадает с образом, сохранившимся в мозгу, то это совпадение вызывает в собаке положительную эмоцию, связанную с образом этого человека. Теперь эмоция формирует поведение собаки около этого человека. Собака проявляет положительные чувства к нему. Эти положительные чувства базируются на определённых рефлексах, как заложенных в генетическом материале живого существа (безусловный рефлекс), так и выработанных в процессе жизни собаки. Собака на основании положительных чувств ластится к человеку, виляет хвостом, не хочет отходить от него. Кроме того, образ человека в памяти собаки возможно связан с получением пищи, и потому она дополнительно будет ожидать от него пищу.

Дополнительным следствием развития системы эмоций и чувств и выработки поведения организма на их основе, стало появление у организма нового чувства — ощущения и восприятия самого себя. Ощущение и восприятие самого себя и позволяет человеку обнаруживать у себя сознание. Специального органа для обнаружения сознания ни у человека, ни у других организмов нет. Биологическое сознание, то есть сознание живых организмов — это последовательная смена желаний организма, формируемых интегральным восприятием всех ощущений организма, в том числе с помощью гормоно, анализом мозгом этих ощущений, и выработка поведения организма для удовлетворения этих желаний. Или, выделив только два наиболее главных момента, можно коротко сказать, что биологическое сознание — это интегральное восприятие всех ощущений организма нервной системы с участием гормонов и анализа мозгом этих ощущений. Поэтому никаким физическим инструментом нельзя зафиксировать наличие сознания. В этом состоит трудность в изучении сознания и невозможности в физических терминах дать определение сознания.

Далее, говоря о сознании, мы будем иметь в виду биологическое сознание, то есть сознание живых организмов. Однако, не будем подробно изучать роль гормонов в вопросе разработки механизма сознания.

Онтогенез нервной деятельности организма

Основные этапы развития мозга организма завершаются еще до его появления на свет. Структура нервной ткани организма активно формируется в эмбриональный период. И к моменту рождения или вылупливания организма, практически полностью заканчивается появление новых нейронов. Однако имеющиеся в мозге появившегося на свет организма нейроны в огромном большинстве являются не функциональными. У подавляющего большинства нет аксонов. А между большинством нейронов нет функционирующих синаптических связей. Только те нейроны, которые формируют безусловные рефлексы и инстинкты новорождённого, хорошо сформировались и могут полноценно функционировать.

Кроме нейронов нервную ткань образуют также глиальные клетки или глии, заполняющие пространство между нейронами. Мозг организма после его рождения увеличивается в основном за счёт появления новых глиальных клеток. Их количество в мозге взрослого организма в несколько раз больше нейронов. Назначение глии — обеспечить полнофункциональную деятельность нейронов. Глии выполняют опорную, разграничительную, трофическую, защитную и секреторную функции.

С момента появления нового организма на свет его нервная система уже наследственно настроена (или быстро настраивается) к определённым реакциям и действиям по отношению к ситуации организма во внешнем мире. Это существенно повышает выживаемость молодого организма, а также генетически задаёт определённые программы развития и действия нервной системы организма по мере его роста.

Все генетически определённые реакции и действия условно делятся на несколько видов. Вот наиболее употребляемые понятия для таких реакций и действий с помощью нервной системы: безусловные (врождённые) рефлексы, инстинкты, эмоции.

Безусловный (врождённый) рефлекс — наследственно закрепленная стереотипная форма реагирования с помощью генетически определённых нервных путей на биологически значимые воздействия со стороны внешнего мира или изменения внутренней среды организма. Безусловный рефлекс — наиболее быстрый способ реагирования организма на определённые факторы.

Инстинкт — совокупность сложных наследственно обусловленных актов поведения живого организма, возникающая в ответ на внешние и внутренние раздражители и направленная на удовлетворение основных биологических потребностей, характерных для особей данного вида при определённых условиях. К основным видам инстинктов относятся: пищевой, размножения, родительский, самосохранения, ориентирования и общения с себе подобными. Некоторые инстинкты включаются в процесс управления организма сразу с его рождения — сосательный (пищевой) инстинкт. Другие включаются по мере развития организма, например, половой.

К определению понятий эмоций и чувств мы будем подходить с научно-биологических позиций, отбрасывая все психологические аспекты. Однако, хотя сами слова эмоции и чувства и пришли из психологии, мы будем продолжать ими пользоваться, так как в биологической науке не найдена замена этих слов.

Эмоции — наследственно закреплённые механизмы реагирования организма на биологически значимые ситуации во внешней среде, сопровождающиеся выделением гормонов, и при участии высших центров нервной системы. Виды эмоций определяются вызывающими их гормонами или их комбинациями. Эмоции играют главную роль в общении особей между собой как одного, так и разного вида. В течение всей жизни организма эмоции регулируют важные процессы в мозгу, например: процесс запоминания, выработку поведения. Характер проявления эмоций по мере развития организма может существенно меняться.

Одновременно с развитием организма усложняется и его нервная деятельность. Её изменения происходят в соответствии с условиями окружающей среды и генетически заданной программой. Вырабатывается масса новых простых реакций — условные рефлексы. У живых организмов на основе эмоций появляются чувства. Чувства — выработанные на основе эмоциональных процессов в организме определённые устойчивые реакции в его высших центрах нервной системе, по отношению к объекту, вызвавшему ранее эмоции. Сложные реакции нервной системы возникают в специализированных отделах мозга, и затем могут интегрироваться всей структурой мозга. Наиболее важной для организма сложной реакцией является — поведение организма.

Включение некоторых программ, заложенных в мозгу, по управлению поведением организма происходит по мере развития эндокринной системы организма (системы желез внутренней секреции организма, выделяющих гормоны). В разных частях мозга создаются структуры из нейронов, которые активно работают только под действием определённых гормонов. Когда организм выделяет необходимые гормоны, эти участки мозга начинают принимать участие в управлении поведением организма. Например, половое поведение начинается тогда, когда полностью сформированы половые органы организма, и они начинают выделять определённые гормоны.

Уровни деятельности нервной системы

Изучая деятельность нервной системы удобно выделять в ней несколько уровней. Составим список реперных уровней деятельности нервной системы, упорядоченных по хронологии их эволюционного появления.

1. Условные рефлексы. Возникают после появления ганглий — компактных скоплений нейронов. Ганглии дают возможность переключаться нервным сигналам с одного пути на другой и путём неоднократного повторения вырабатывать необходимые реакции на определённые воздействия. Примеры организмов, у которых существуют условные рефлексы благодаря наличию ганглий: черви, пчёлы.
2. Предсознание. Возникает после появления рептильного мозга. Даёт организму способность ориентироваться и действовать во внешней среде, распознавать пищу и врага или опасность во внешней среде.
3. Сознание. Возникает после появления лимбической системы. Проявляется как способность структур мозга анализировать поступающую из внешней среды информацию как единое целое и, затем, на основе результатов анализа, с помощью механизма эмоций и чувств, выбирать и затем совершать определённые целесообразные для этого организма действия.
4. Самосознание. Возникает после появления коры головного мозга. Проявляется как способность предсказывать воздействие внешней среды на организм. Оценивать своё место во внешней среде. Способность позиционировать себя во внешней среде.
5. Разум. Это способность мозга обрабатывать информацию с помощью большого количества простых символов, ассоциированных со сложными образами, и действовать на основании информации, представляемой посредством этих символов. Возникает после появления необходимости и возможности социума организмов одного вида обмениваться аналогами этих символов (например, звуковыми сигналами или письменными знаками) и организовывать сложную жизнь социума на основе обмениваемой информации.

В природе нет ярко выраженных границ между уровнями — происходит плавный переход от одного уровня к другому, как внутри каждого организма, так и между видами организмов. Следовательно, в нашей терминологии, нельзя дать чёткой границы, когда появилось сознание.

Третий, четвертый и пятый уровни являются сторонами биологического сознания. Мы в дальнейшем рассмотрении сосредоточимся в основном на 4-ом уровне, с целью понять, как можно сделать искусственное сознание.

Компоненты и свойства сознания

Для дальнейшего понимания механизма сознания выделим несколько важных его компонент и свойств. Это:

1. Стимулы.
2. Реакция.
3. Ощущения.
4. Образы.
5. Восприятие.
6. Внимание.
7. Память.
8. Воля.

Стимулы и реакции выполняют роль переключателей и интерфейсов в различных действиях организма с участием его нервной системы.

Ощущения и восприятие являются компонентами сознания. Ощущения в форме образов и восприятие создают среду, в которой возникает сознание. В этой среде формируются ключевые свойства сознания: внимание, память, воля.

Но чтобы понять механизмы работы сознания, вначале рассмотрим кратко работу нейронов.

Нейроны

Изучение механизма сознания, его компонент и свойств начнём с нейронов.

В состоянии покоя нейрон напоминает заряженный конденсатор: его мембрана поляризована, наружная поверхность обладает положительным потенциалом по отношению к внутренней, а внутренняя поверхность — отрицательным. Разница между потенциалами поверхности мембраны — снаружи и внутри тела клетки, составляет мембранный потенциал. Наружная поверхность мембраны нейрона является для него частью окружающей среды. Следовательно, заряд осуществляется за счёт создания избытка отрицательных ионов внутри нейрона (скапливающихся вблизи внутренней поверхности мембраны). Этот избыточный заряд создаёт внутри клетки сильное электростатическое давление. Чтобы избыточный заряд нейрона импульсно выделился из него, необходимо, чтобы произошла деполяризация (уменьшение поляризации) мембраны до некоторого порогового уровня или превысила его. В момент достижения порогового уровня происходит снижение внутри клетки электростатического давления до значения, когда сила отталкивания клапана канала между телом нейрона и его отростком (аксоном) превысила силу давления на него. В этот момент клапан открывается для прохождения ионов (происходит закорочение в теле аксона), и осуществляется выброс избыточных отрицательных ионов в этот отросток. До закорочения аксон с помощью холмика с клапаном изолирован от тела нейрона и потому в аксоне нет отрицательного дисбаланса зарядов. Резкий выброс ионов приводит к импульсу электрического потенциала (спайка) в аксоне.

Деполяризация нейрона происходит за счёт поступления в него положительных ионов или, напротив, выхода отрицательных ионов через открывающиеся ионные каналы в мембране на дендритах нейрона под влиянием нейромедиаторов. Выделение же нейромедиаторов происходит при приходе спайков от других нейронов в особые окрестности дендритов — синаптические щели (синапсы).

Функциональным назначением нейрона является выдача спайков в ответ на поступившие ему сигналы от рецепторов или других нейронов. Под сигналом будем понимать факторы воздействия рецепторов, а также одиночный спайк или совокупность спайков, выданных нейроном или группой нейронов. В результате прихода этих сигналов нейрон может возбуждаться или тормозиться. Возбуждением (торможением) нейрона вследствие поступления сигналов к нему называется такое изменение химико-энергетического состояния тела нейрона, в результате которого увеличивается (уменьшается) вероятность выдачи им спайков. А именно, возбуждение обуславливается увеличением потенциала внутренней поверхности мембраны нейрона, то есть её деполяризацией — уменьшением отрицательного заряда. Возбуждение и торможение мы будем называть одним словом «энергосдвиг».

В течение краткого промежутка времени после выдачи спайков (1-3 мсек) нейрон находится в состоянии невосприимчивости к поступающим к нему сигналам (в состоянии рефрактерности). Следовательно, в течение этого периода нейрон также не способен сам выдавать спайки. При отсутствии сигналов к нейрону его химико-энергетическое состояние релаксирует в основное состояние (происходит накопление отрицательных ионов до определённого уровня), которое обеспечивает приём поступающих сигналов. Однако, иногда нейроны могут спорадически выходить из основного состояния и выдавать одиночные спайки.

Для каждого нейрона возможно бесконечное количество различных состояний энергосдвига, так как он имеет характер непрерывного континуума в некотором диапазоне значений. При этом поступающие к нейрону сигналы в разные моменты времени по-разному влияют на его энергосдвиг. Это зависит от химико-энергетического состояния самого нейрона в момент поступления сигнала, от параметров самого сигнала, от параметров окружающей нейрон среды, в том числе, от динамики поступления к нему и удаления от него нейромедиаторов в процессе получения сигналов от других нейронов. Следовательно реакция нейрона на приходящие сигналы является неопределённой. То есть, существует бесконечное число вариантов выдачи нейроном спайков в ответ на приходящие к нему сигналы.

Всё это можно описать в терминах суперпозиции различных состояний нейрона. То есть, в любой момент времени можно считать, что нейрон находится в некотором континууме состояний бесконечно близких друг к другу. Причём каждое состояние характеризуется своей вероятностью реализации данного состояния в дальнейших процессах в нейроне. При поступлении сигнала к нему его состояние изменяется — нейрон переходит из начального состояния в конечное. Но это изменение состояния происходит как выбор из суперпозиций некоторых вариантов начального и некоторых вариантов конечного состояний. Какой же выбор произойдёт принципиально невозможно просчитать или каким-либо иным способом заранее определить. Это можно выразить как неопределённость работы нейрона, а также нечёткость выдаваемого им в дальнейшем сигнала.

Каждый сигнал можно описать определённым набором параметров: количеством спайков, их формой и интервалами времени между ними, топологией их воздействия на другие нейроны и др. Эти параметры можно рассматривать как информацию, которую переносят сигналы. Так как параметры сигнала нечёткие, то, следовательно, и содержащаяся в них информация нечёткая, то есть является непрерывным континуумом различных бесконечно близких вариантов информации в некотором узком диапазоне этого континуума информации. В дальнейшем любую переданную нечёткую информацию мы будем называть сигналом.

Важным свойством нейронов является его пластичность, то есть способность изменять структуру своих связей с другими нейронами для более оптимальной обработки регулярно повторяющейся комбинации спайков. Благодаря этому свойству происходит обучение нейрона.

Нейронные сети, нервная система

Для передачи и обработки сигналов из нейронов формируются сети. Они представляют из себя структуры из огромного количества отдельных нейронов или их цепочек, связанных между собой синаптическими связями. Эти сети могут выполнять разнообразные функции по управлению организмом. При этом все функции по управлению и регулированию организма можно поделить на две крупные группы: по управлению и регулированию внутреннего состояния и функционирования организма, по управлению поведением организма во внешней среде. Каждую из этих групп, в свою очередь можно поделить на более мелкие функционально более специализированные группы. Объединения нейронов, выполняющие строго специализированные функции, назовём нейронной сетью.

Формирование этих сетей началось ещё у простых организмов. Уже у насекомых появились ганглии — простейшие сети, которые представляют из себя места скопления нейронных путей, в которых происходит простейшее управление движением сигналов. По мере эволюции поведение организмов становилось всё более сложным. Соответственно, в организме стало больше различных сетей. Совокупность всех нервных сетей организма образует его нервную систему. Последняя делится на две подсистемы — центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую нервную систему. ЦНС представляет из себя компактное объединение большого числа нейронных сетей, формирующих отдельный орган — мозг. В нём сосредоточено основное число нейронов организма.

Рассматривая одновременно работу нескольких нейронных сетей, мы будем называть их системой или пространством, не применяя к ним слово "нейронные".

Таким образом, при изучении работы мозга необходимо выделять различные его сети, изучать механизмы их работы и взаимодействия между собой. В результате этих исследований будет выявлен механизм биологического сознания.

Как видно из рассмотрения в предыдущем разделе, нейрон является элементом с запасённой в нём электростатической и химической энергией. Эта энергия может затем выдаваться в виде спайков. Выдав спайк, нейрон может им стимулировать выдачу спайков соседними нейронами, с которыми у него существуют синаптические связи. Те, в свою очередь, могут стимулировать свои соседние нейроны. В сети с большим количеством нейронов с многочисленными синаптическими связями вследствие этого могут распространяться разнообразные волны возбуждения.

Так как каждый элемент нейронной сети обладает энергией и является нелинейным элементом, то такая сеть является активной средой. Возбуждения в такой сети при своём распространении обладают определёнными свойствами. Перечислим их.

• возбуждения в однородной активной среде при своём распространении принимают форму солитона со строго определённым профилем, то есть теряют всю первоначально содержащуюся в них информацию;
• профиль солитона в однородной среде определяется параметрами этой среды;
• при движении возбуждения в неоднородной активной среде её неоднородность трансформирует профиль солитона и направление его движения, то есть солитон некоторое время может сохранять информацию об области среды, через которую он прошёл;
• солитоны не могут интерферировать, при столкновении они аннигилируют — уничтожают друг друга;
• в точке аннигиляции солитонов возникает импульс мощности примерно в два раза больше мощности движущегося солитона;
• солитоны не могут отражаться от преград, при встрече с преградами они исчезают;
• в неоднородной среде солитоны могут двигаться в некоторой области не ограниченно во времени — автоволны;
• в сильно неоднородной среде может возникать источник, периодически испускающий автоволны: концентрические или спиральные.

Стимулы, реакция, рефлекторное кольцо

Под стимулом мы будем понимать любые события как внутри организма, так и внешние, которые могут воздействовать (повлиять) на животный организм (далее — просто «организм»), любая информация, которая может использоваться организмом, любые потребности организма как определяемые наследственными механизмами, так и выработанные самим организмом в процессе его жизни, а также любые факторы, оказывающие влияние на психическую деятельность организма.

Ответом организма на стимулы является возбуждение групп нейронов, которые называют афферентными, или аффекторными, или сенсорными. Эти нейроны выдают соответствующие сигналы далее по цепочке нейронов. Заканчивается эта цепочка эфферентными нейронами, которые формируют сигналы для реакции организма на соответствующие стимулы.

Реакцией мы будем называть осуществление действий организмом, в том числе психических, или изменение состояния организма или его элементов или частей, в том числе и самой активности нервной системы, с помощью вырабатываемых нервной системой сигналов в ответ на стимулы.

Рефлекторная дуга — цепочка рецептор-нейроны-исполнительный орган, по которой проходит нервный сигнал при осуществлении рефлекса.

В момент рождения (вылупливания) организма у него имеется небольшое количество генетически заданных стимулов, которые инициируют деятельность рефлекторных дуг, ответственных за безусловные рефлексы организма. Например, это может быть рефлекс сосания. По мере роста организма и развития его нервной системы появляются новые стимулы. Они возникают в процессе обучения нервной системы организма. Например, со временем формируется обширная группа стимулов, которая запускает нейронные цепочки обработки зрительных ощущений от зрительных рецепторов. Эта цепочка обработки зрительной информации будет вырабатывать условные рефлексы на зрительные образы.

Таким образом, в результате обучения нервной системы организма формируются новые стимулы с самыми разнообразными функциями с одновременным формированием цепочек нейронов, обрабатывающих сигналы на эти стимулы и задающих реакции на них. На первом этапе развития нервной системы вновь возникающие стимулы возбуждаются от различных вовлекаемых в работу рецепторов. В процессе развития нервной системы и появления новых стимулов в работу включается всё больше рецепторов организма. Эти стимулы, связанные с рецепторами, мы будем называть реальными.

Одновременно с этим начинают появляться стимулы, которые связаны не с рецепторами, а обусловлены необходимостью реакции на различные сигналы из нервной системы. Эти стимулы мы будем называть идеальными, то есть возбуждаемыми от сигналов, возникающих в результате действий самой нервной системы. Наиболее ранними из таких являются стимулы, возникающие от работы исполнительных элементов под действием реакций от рефлекторной дуги. То есть формируется обратная дуга, которая воспринимает сигнал реакции рефлекторной дуги. Этот сигнал является воздействием на идеальный стимул обратной дуги, которая затем вырабатывает сигнал для идеальной реакции. Последняя производит корректировку работы реальных стимулов в начале рефлекторной дуги. В совокупности рефлекторная и обратная дуги образуют рефлекторное кольцо. Эта топология позволяет оптимизировать (улучшать) результат реакции организма на первоначальный стимул.

По мере развития нервной системы рост числа реальных стимулов сильно замедляется или почти прекращается из-за ограниченного количества рецепторов, а количество идеальных стимулов будет постоянно расти. Чем больше у организма будет идеальных стимулов, тем лучше будет приспособляемость организма к окружающей среде.

В ходе эволюции у организмов увеличивалось число рецепторов и связанных с ними рефлекторных дуг. В простейших организмах они располагались в различных частях тела и были слабо связаны между собой. Однако с развитием сложных систем рецепторов — обонятельных, слуховых, зрительных и др. — начали формироваться сложные структуры из рефлекторных колец, входящих в различные отделы единой, компактно организованной центральной нервной системы.

Ощущения

Одной из обязательных компонент сознания являются ощущения.

Понятие ощущения было сформулировано в психологии. Однако, мы должны его определить так, чтобы оно было связано с конкретными биологическими процессами в организме. Для этого рассмотрим механизм появления ощущений в живом организме. Формирование ощущений от воздействий окружающей среды начинается в специальных органах — рецепторах (сенсорах), структурно или химически связанных с нейронами (эти нейроны называют афферентными, аффекторными, сенсорными). В рецепторах, под воздействием определённых факторов окружающей среды, происходит трансформирование соответствующих чувствительных структур. Эти изменения запускают цепочку химических реакций и переносов молекул или ионов, в результате которых формируется химическое воздействие на связанные с рецептором нейроны. Указанные нейроны под этим воздействием изменяют своё энергетическое состояние — деполяризуются, одновременно меняется и химический состав в плазме нейронов. Их изменение состояния и даёт начало формированию элементарных ощущений от воздействия окружающей среды. Через некоторое время как рецептор, так и связанные с ним нейроны релаксируют в исходное состояние. Однако изменение состояния афферентных нейронов не будет замечено организмом, если эти нейроны сами, в определённых обстоятельствах, не выдадут свои определённые сигналы для дальнейшего их использования.

Как рецепторы, так и нейроны являются аналоговыми структурами, поэтому пока можно утверждать, что ощущения могут возникать в аналоговых устройствах и носят чисто оценочный характер.

Теперь можем сформулировать механизм появления ощущений в результате воздействий каких-либо внешних факторов. Ощущения возникают в результате континуальной перестройки определённого элемента системы под воздействием внешних факторов, например, в результате изменения химического и связанного с ним энергетического состояния, и сопровождающейся выдачей этим элементом сигналов, определяемых характером воздействующих факторов. Такие элементы мы в дальнейшем будем называть «нейроморфными элементами». В зависимости от типа и величины воздействующих факторов будет по-разному происходить изменение состояния нейроморфного элемента и выдача им сигналов, и, следовательно, можно говорить о разных ощущениях или о модальностях ощущений. Чтобы процесс ощущения не был одномоментным, необходимо, чтобы нейроморфный элемент в течение периода воздействия периодически изменял своё состояние и выдавал сигнал, а по окончании воздействия релаксировал в исходное состояние. Видно, что рассмотренный механизм ощущений можно относить не только к биологическим организмам. Он присущ и многим техническим устройствам. То есть, чтобы можно было считать, что аналоговый элемент обладает свойством ощущения некоторых внешних к этому элементу факторов, то есть являлся нейроморфным элементом, он должен:

• иметь некоторое основное устойчивое состояние;
• континуально перестраиваться под действием внешних факторов;
• вследствие разовой или нескольких перестроек, должен выдать оценочные сигналы, указывающие о произошедших перестройках;
• по окончании внешних воздействий должен релаксировать в основное состояние.

В биологических организмах минимальными элементами, с помощью которых в организме возникают ощущения являются отдельные нейроны. Ощущения, которые возникают от рецепторов через посредство афферентных нейронов или их объединение, мы будем называть рецептивными или первичными. Они являются элементарными, то есть создают самые простые (примитивы) ощущения. Таким образом, первичные ощущения возникают от воздействия рецепторов на афферентные нейроны. Однако, сигналы, которые поступают от этих нейронов, на другие нейроны по аксонам, являются воздействием на эти последующие (вставочные, ассоциативные) нейроны. Это воздействие на нейроны сигналами, приходящими от других нейронов, является внешним, и оно изменяет химико-энергетическое состояние вставочных (ассоциативных) нейронов, и теперь уже это воздействие может вызвать выдачу вставочными нейронами своего сигнала. То есть все вставочные (ассоциативные) нейроны по цепочке их возбуждения создают свои ощущения, которые мы будет называть ассоциативными или вторичными.

Вместе с тем, сигналы от нейронов могут поступать не по цепочке от одного нейрона на другой, а с нескольких нейронов сразу на группу нейронов. Эта группа нейронов, приняв сигналы от другой группы нейронов, в свою очередь, может возбудиться и выдать сигнал следующим структурам. Это означает, что группа создала своё ощущение. В этом случае возникает ощущение, которое вызывается после объединения и обработки определённой группы ощущений. То есть происходит формирование сложного ощущения или синтез ощущений. Из рассмотрения видно, что все сложные ощущения являются ассоциативными. При этом, ощущения от групп нейронов могут объединяться и упорядочиваться по некоторому алгоритму, составляя новую единую моду ощущения. Объединяющими признаками структуры, создающей новые сложные ощущения из составляющих ощущений, могут быть связи между нейронами (нейроморфными элементами), приводящие к их взаимной зависимости или влиянию, топологическая близость, одновременность действий, влияние гормонов и др.

Выше мы указывали, что пространственный и временной порядок объединения ансамбля спайков от нейронов определяет информацию, которую он несёт. То есть вся проходящая через ЦНС информация (в виде сигналов), с которой имеет дело живой организм, создаёт в нём ощущения. Эта информация и определяет модальность ощущения, то есть различие одних ощущений от других.

Таким образом, могут формироваться вторичные всё более сложные объединённые ощущения. Все элементы, которые создают более сложное ощущение вследствие объединения составляющих ощущений, то есть осуществляют синтез ощущений, можно рассматривать как объединенную структуру. Эту структуру можно считать одной нейроморфной системой или структурой, которая выдаёт уже гораздо более сложный по структуре сигнал. Таким образом, формируется определённая иерархическая структура ощущений с помощью иерархической структуры нейроморфных элементов.

Ранее было особо отмечено, что результат работы нейронов не вполне определён. Это же будет относиться и к ощущениям. То есть ощущения — результат неопределённости состояний элементов, оценочно обрабатывающих информацию. По результатам ощущения нельзя выделить определённый пакет информации, который их вызвал. И наоборот, один и тот же пакет информации может вызвать незначительно различающиеся ощущения, зависящие от химико-энергетического состояния нейронов в момент поступления на них сигналов.

Если бы информация и алгоритм были полностью детерминированы, то речь шла бы не об ощущениях, а об алгоритмах и процессах обработки информации цифровым элементом. Неопределённость приводит к тому, что результат обработки информации является нечётким. Он состоит из бесконечного множества различных близких друг к другу вариантов обработанной информации. В процессе передачи сигнала другим нейронам содержащаяся в нём информация нечёткая, то есть может рассматриваться как пакет бесконечного количества разных вариантов информации, но достаточно близких друг к другу. Однако, когда информация начинает объединяться и систематизироваться от многих источников, эта нечёткость относительно объёма сложной информации начинает снижаться. И в достаточно больших объёмах информации её относительная нечёткость практически исчезает, то есть перестаёт играть роль в обработке больших объёмов информации. Таким образом, сложные ощущения — более детерминированы, чем простые.

Теперь сформулируем общее понятие ощущения без привязки к живым организмам.

Ощущение — процесс реагирования аналогового элемента системы на поступающие к нему сигналы, содержащие некоторый объём нечёткой информации, основанный на активации этого элемента сигналами (например, на изменении его химико-энергетического состояния), и выдаче элементом после активации своих сигналов по нечёткому алгоритму, сопровождающейся континуальным изменением состояния элемента, с последующим релаксационным переходом этого элемента в деактивированное состояние при отсутствии поступающих сигналов.

В этом определении существенным фактором является то, что как информация является нечёткой, так и преобразование информации происходит по нечёткому алгоритму. Таким образом, ощущение — способ работы с нечёткой информацией.

Образы

Введём определение образа — это устойчивая упорядоченная совокупность ощущений, которая может вызвать необходимую реакцию элемента организма. В зависимости от вида реакции, образы можно поделить на типы: зрительные, слуховые, осязательные, обонятельные, управления, символьные, мыслительные и др.

Для каждого из типов образов формируются свои пространственно-обособленные обрабатывающие их структуры. Это позволяет значительно упростить наполнение образов, так как образы одинакового состава, но находящиеся в разных областях, несут в себе совершенно разную информацию. С указанным обстоятельством связан интересный феномен. Существует нарушение работы ЦНС, при котором различные нотные звуки ассоциируются с определёнными цветами. Это обусловлено тем, что сопоставимые ноты и цвета передаются в организме с помощью одинаковых образов, но расположенных: один — в слуховой, а другой — в зрительных областях мозга.

Образ может сформироваться как продукт генетического развития организма, так и вследствие регулярного использования элементами организма определённой совокупности ощущений. Последнее происходит в результате неоднократного поступления на элементы, реагирующие на ощущения, схожих сигналов, и выработки на них определённых реакций организма за счёт обучения. Такое обучение происходит за счёт перестройки самой структуры благодаря пластичности нейронов (изменяются существующие синаптические связи, некоторые связи исчезают, появляются новые связи). Таким образом, формирование образов сопровождается организацией определённых структур. Эти структуры начинают адекватным образом реагировать на знакомые для них поступающие сигналы. То есть при поступлении соответствующих образов на сформированные структуры, на их выходах выдаются образы, подлежащие дальнейшему использованию. Если же поступающие сигналы не будут соответствовать образу, структура не выдаст надлежащих сигналов. Этот процесс выявления образов можно назвать их анализом. Так как образы проявляются как результат возбуждения нейронов, то они существуют в месте и во время этого возбуждения, то есть в очень короткий промежуток времени и локально.

Аналогично ощущениям может происходить объединение образов. Это объединение образов формирует более сложные образы.

Объединение образов происходит за счёт объединения ощущений, относящихся к разным образам, связанным между собой по каким-либо свойствам. Объединение ощущений создаёт более сложный образ, если этот процесс объединения неоднократно повторяется.

Таким образом, сложные ощущения формируют определённые более сложные образы. Начиная от достаточно простых (например, для зрительных ощущений это могут быть линии, фигуры и т.п.), потом переходя ко всё более сложным и, наконец, на каком-то высоком уровне объединения ощущений создаются сложные образы различного вида, позволяющих организму как-то рационально реагировать на эти сложные образы.

Формирование сложных образом также сопровождается появлением более сложных структур, обрабатывающих их.

Дальнейший выбор реакции организма на сложные образы происходит за счёт последовательного выделения (фильтрации) из сложных образов той существенной информации, которая позволяет создавать управляющие команды для элементов организма. Этот процесс является анализом сложных образов, то есть поиск в массе образов таких его составляющих (более простых образов), которые позволяют сформировать наиболее рациональное поведение организма. То есть выбор реакций организма есть результат анализа образа. Очевидно, что в результате анализа, часть важных составляющих образа может потеряться. Вследствие чего реакция организма на сигналы от рецепторов может не учитывать некоторую важную для организма информацию.

Восприятие

Выше был отмечен недостаток выработки поведения организма через сформированные образы ощущений — ограниченный объем использования информации, поступившей в организм, в процессе выработки управляющих сигналов для его поведения. Следовательно, вариантов выработки поведения организма на основе только ощущений может оказаться недостаточно в сложных внешних условиях. Решить эту проблему может дополнительный механизм анализа информации — восприятие инициируемых ею образов.

Восприятие (перцепция) образов структурой ЦНС организма — есть процесс их получения через посредство ощущений элементами этой структуры, сохранения и структурирования этих образов, состоящего в выделении образов с определёнными свойствами, анализа выбранных образов и последующей выдачи (этой структурой) массива сигналов, задаваемых выделенными образами, в целях её использования ЦНС, в том числе для выработки сложных вариантов поведения организма.

Из определения видно, что восприятие можно разбить на 5 стадий: 1 — получение образов, 2 — сохранение образов, 3 — обработка и структурирование образов до уровня выделения необходимых образов, 4 — анализ выбранных образов, 5 — выдача сигналов, определяемых анализируемыми образами, другим системам ЦНС для выработки дальнейшего действия систем организма.

Процесс формирования восприятия образов в живых организмах начался одновременно с появлением у них ощущений в форме образом. То есть и формирование образов и их восприятие являются неотдилимыми процессами. Выше мы рассмотрели формирование ощущений в организме от воздействия внешних факторов среды. Это происходит с помощью рецепторов и связанных с ними нейронами, образующими рефлекторную дугу. Рецепторы, ощутив на себе воздействие внешних для них факторов, могут выдать сигналы нейронам с информацией, характеризующей эти факторы. Эти сигналы определяют образ воздействующих факторов от внешней среды. Далее рефлекторная дуга начинает обработку этого образа. Если он соответствует образу, на который настроена дуга, то сигналы доходят до исполнительных органов, в противном случае сигналы блокируются в самой дуге. В первом случае рефлекторная дуга направляет сигналы на управляемые им элементы, то есть произошло восприятие образа, во втором случае восприятие образа не произошло.

Ясно, что каждая дуга, анализируя образ, может воспринять один определённый образ. То есть здесь не требуется третьей стадии — выделения образа. При обработке образа в дуге выдаётся информация в другие системы ЦНС в форме сигнала (пятая стадия).

Таким образом, движущийся по цепочке нейронов рефлекторной дуги процесс сложных ощущений может привести к локальному восприятию только одного образа. Сохраняется информация, формирующая восприятие, в очень короткий промежуток времени, необходимый только для передачи информации по части дуги.

Из-за того, что первый возникший в природе механизм позволял воспринимать образы локально и в очень короткий промежуток времени — интервал трансляции сигналов по дуге, то возможности анализировать взаимодействие образов не существовало. Этот механизм локального восприятия можно назвать рационально-интуитивным. Такой механизм локального восприятия ощущений позволял организму, имеющему только ганглии, вырабатывать условные рефлексы. А после появления рептильного мозга — ориентироваться и действовать во внешней среде, распознавать пищу и врага или опасность во внешней среде.

В процессе эволюции организмов вначале появился простейший механизм интеграции восприятий — с помощью гормонов. Некоторые нейроны, получив определённую информацию, то есть восприняв её, начинают выделять определённые гормоны. Эти гормоны с током крови, через посредство глий, направляются к другим нейронам. И под действием этих гормонов меняется характер действия нейронов ниже по цепочке их возбуждения. В силу чего меняется характер восприятия информации нейронами. Этот механизм интеграции восприятия проявляется в виде эмоций и чувств. Он имеет ограниченный характер вследствие незначительного количества возможных вариантов гормонов. Этот механизм восприятий можно назвать эмоционально-чувственным. Он определяется лимбической системой организма.

Дальнейшая эволюция привела к тому, что в организмах появились структуры, которые позволили интегрировать восприятия гораздо более избирательно, чем гормоны. В процессе интеграции этими структурами значительно увеличивается время сохранения обрабатываемой информации и кардинально расширяются возможности восприятия образов. В частности, у млекопитающих данная структура развилась в коре головного мозга в виде объединяющей нейронной сети сложной топологии — с большим количеством связей соседних нейронов между собой, позволяющей интегрировать различные сигналы головного мозга.

Структура ЦНС млекопитающих

Очень кратко рассмотрим структуру ЦНС млекопитающих.

Их центральная нервная система представлена спинным и головным мозгом. Спинной мозг отвечает за передачу информации между головным мозгом и остальными частями тела, а также за координацию рефлексов, не зависящих от мозга. Для головного мозга млекопитающих условно можно выделить пять основных отделов. Продолговатый мозг (граничит со спинным мозгом) регулирует дыхание, сердечную деятельность, пищеварение, безусловные рефлексы. Задний мозг (включает варолиев мост и мозжечок). Варолиев мост содержит многочисленные центры, ответственные за различные рефлексы, а также передаёт информацию из спинного мозга в отделы головного мозга. Мозжечок производит координацию движений, и отслеживает положение тела в пространстве. Средний мозг (представлен четверохолмием и ножками мозга) создаёт ориентировочные рефлексы на свет и звук. Промежуточный мозг (включает эпиталамус, таламус и гипоталамус, с которым связан гипофиз) осуществляет терморегуляцию, регулирует обмен веществ (голод, насыщение, жажда), обеспечивает сложные двигательные рефлексы. Передний (конечный) мозг отвечает за зрение, обоняние, память, мышление, чувства.

Передний мозг состоит из коры больших полушарий, белого вещества и базальных ядер. Белое вещество расположено под корой и представлено системами нервных волокон. С помощью них происходит связь:

• между собой различных участков коры одного и того же полушария;
• равнозначных частей левого и правого полушарий;
• коры больших полушарий с нижележащими структурами.

Наиболее поздней структурой переднего мозга является кора головного мозга (неокортекс). Он состоит из нескольких слоёв функционально и структурно различающихся нервных клеток. Причём нервные клетки различных слоёв взаимодействуют между собой поперечными к слоям связями, объединяясь в колонки (кортикальные колонки). По своему назначению, слои нейронов коры можно объединить в разные нейронные сети. Следовательно кортикальные колонки являются каналами передачи сигналов между нейронами разных слоёв и сетей. Для передачи сложных сигналов колонки объединяются в группы за счёт более многочисленных внутренних связей между собой.

В данной статье мы рассмотрим три важных сети коры головного мозга: коммуникационно-аналитическую сеть (КАС), сеть мобилизации образов (СМО), сеть свёртки вызванных образов (ССВО). Две последних сети в совокупности назовём информационно-аналитическим пространством (ИАП), а все три указанные сети — интегральным рабочим пространством (ИРП).

СМО и ССВО располагаются слоями в коре головного мозга параллельно и вплотную друг к другу. А все три сети соединены между собой многочисленными синаптическими связями нейронов через кортикальные колонки.

Далее в основном будем рассматривать работу различных сетей коры головного мозга.

Коммуникационно-аналитическая сеть

Сеть мобилизации образов

Сеть свёртки воспринимаемых образов

Интегральное рабочее пространство

Внимание

Выше было указано, что работа ГИП с информацией возможна только при одновременном участии ограниченного набора а-конвейеров, не мешающих друг другу. То есть постоянно происходит выбор из кадра восприятия только той его части, которая оценивается как более важная для организма по сравнению с остальной. В оставшейся же части кадра ГИП его деятельность мало активна и, наоборот, активизируется работа ГИП с выбранными образами кадра восприятия.

Процесс выбора и обработки некоторой совокупности образов из кадра восприятия с целью выработки реакции организма на информацию, содержащуюся в выбранных образах, называется вниманием. Эту совокупность образов из кадра восприятия назовём кадром внимания. В кадре внимания всегда остаётся минимально необходимое для полноценного анализа число образов, то есть внимание всегда сосредоточивается на узких областях деятельности ЦНС. Можно сказать, что внимание – это выделенная часть «Я».

Как рассмотрено выше, работа ГИП сопровождается постоянной подпиткой её структуры информацией от волн а-конвейеров САС. Ясно, что если будут поступать информационные сигналы одновременно от нескольких а-конвейеров, то они могут взаимно влиять друг на друга и искажать информацию. Поэтому выработался механизм подавления работы мешающих друг другу а-конвейеров. То есть в ГИП поступает либо сигнал только от одного а-конвейера, либо одновременно только от тех а-конвейеров, сигналы от которых не искажают друг друга, а напротив дополняют.

Существует несколько механизмов выбора кадра внимания: непроизвольный (пассивный), произвольный, послепроизвольный. Соответственно этим механизмам, внимание подразделяется на три типа с аналогичными механизмам названиями.

Непроизвольное внимание возникает под влиянием сильного сигнала от какого-то реального а-стимула, связанного с возбуждаемым рецептором. Большая величина этого сигнала вызывает преимущественное возбуждение определённого а-стимула. В результате будет развиваться только один а-конвейер, сигналы от которого и будут принимать участие в формировании кадра внимания. В течение всего времени действия сильного возбуждения рецепторов будет сохраняться внимание на воздействие. После прекращения воздействия это внимание может смениться произвольным вниманием.

Произвольное внимание возникает под действием внутреннего механизма ЦНС, вызывающего выдачу сигналов из ГИП на определённые идеальные а-стимулы, когда у организма возникает стремление (намерение) получить определённый результат. Этот механизм внимания задаётся сигналами, поступающими в ГИП от разделов ЦНС, формирующими цели, задачи, интересы, предпочтения и т.п. действий организма. Для произвольного внимания требуется определённое усилие нервной системы. Элементами, вызывающими произвольное внимание является лимбический мозг и некоторые другие разделы нервной системы. Благодаря их усилиям в ГИП будут направляться образы целей, задач, интересов, предпочтений и т.п. действий организма. Эти образы в ГИП будут вызывать возбуждение соответствующих им идеальных а-стимулов.

Послепроизвольное внимание является результатом поддержания уже существующего кадра внимания самой системой ГИП. Происходит постоянная активация тех образов, которые необходимы для анализа. При этом часть образов в этой стадии может выбрасываться из кадра внимания, а часть, наоборот, включаться. Активация необходимых образов происходит за счёт возбуждения самой ГИП идеальных а-стимулов, инициирующих развитие идеально-идеальных а-конвейеров САС. Этот а-конвейер заканчивается идеальной а-реакцией, которая выдаёт результат в ГИП. Этот результат обрабатывается и после ГИП выдаёт новые сигналы для возбуждения а-конвейеров в САС с помощью а-стимулов. Этот циклический процесс самовозбуждения идеально-идеальных а-конвейеров происходит пока ГИП не получит результат выделения компактной области, совпадающий с ранее полученными образами цели, задачи, интереса, потребности и т.п. действий организма. После этого ГИП возбуждает а-конвейер, заканчивающимся реальной а-реакцией, для исполнения цели, задачи, интереса, потребности и т.п. действий организма.

При наличии внимания подавляется возбуждение а-конвейеров, не участвующих в обработке образов внимания.

Таким образом, при наличии внимания ГИП работает с ограниченным набором образов. Именно эти образы, в момент их анализа и являются кадрами восприятия.

Для поддержания внимания существует механизм дальней связи между областями мозга. Одна область – центр внимания – посылает в другие области через диспетчера сигналы на подавление работы других областей.

Память

В слово память вкладывают два разных представления.

В одном представлении (адаптивном) память определяют как способность структуры определённым образом изменять характеристики, состав и взаимодействие своих элементов в результате различных воздействий на неё или на отдельные её элементы, являющихся поступлением информации к структуре, после которых изменяется её функционирование, то есть происходит адаптивная самонастройка функционирования структуры под характер воздействия.

В другом представлении (информационном) памятью называют способность сложных систем к сохранению и многократному воспроизведению или использованию информации.

Частным случаем такой памяти является когнитивная память – это способность живых организмов сохранять информацию в форме образов, с помощью которых он может формировать свои реакции.

Отдельно рассмотрим адаптивное и когнитивное представления. При этом оба подхода применим только к мозгу ЦНС.

Вначале рассмотрим адаптивное представление.

Как видно из предыдущего рассмотрения, эта память не связана с какими-то разделами мозга, а обусловлена строением различных структур мозга, выполняющих определённые функции.

Все механизмы адаптивной памяти в мозгу можно поделить на три категории:

1. Структурная – за счёт синаптических связей.
2. Динамическая – за счёт циркуляции сигналов между нейронами.
3. Химическая (следовая) – за счёт химического следа от прохождения сигнала.

Структурная память содержит наибольший объём информации и является наиболее долговременной. Каждая синаптическая связь между нейронами является минимальным элементом этой памяти. Следовательно, весь мозг является носителем долговременной памяти. Любое прохождение сигнала через синаптическую связь есть одновременно использование некоторого объёма информации вследствие влияния этой связи на сигнал. Однако эта используемая информация является сильно неопределённой. Для увеличения определённости информации создаётся несколько синаптических связей между нейронами. Также может быть вовлечено несколько цепочек нейронов для обработки сигнала при его передаче. Информация в этой памяти сохраняется при неоднократном повторении различных схожих проходящих предыдущих сигналов, то есть путём адаптивного самообучения структуры от проходящих сигналов. Извлечение информации из этой памяти происходит путём изменения параметров проходящего сигнала.

Назначение такой памяти: непрерывная обработка любых сигналов в мозгу на основе накопленных структурных изменений в нём в результате самообучения.

С динамической памятью мы познакомились, когда рассматривали работу ГИП. Организуется эта память за счёт циркуляции сигналов по замкнутым путям, состоящим из цепочек нейронов. Время хранения информации в такой цепочке составляет несколько секунд. В этой цепочке может храниться временно информация, приходящая из САС. Эта же цепочка нейронов позволяет извлекать информацию из долговременной памяти ГИП, так как прохождение сигналов по этим цепочкам происходит через ранее созданные синаптические связи между нейронами, содержащие долговременную информацию.

Эта память служит базой для формирования когнитивной памяти.

Химическая память возникает вследствие прохождения сигналов через синапсы. Специальные глиальные клетки (астроциты), окружающие нейроны, регулируют работу их синапсов, выделяя или, напротив, поглощая нейромодуляторы, нейромедиаторы и др. химические соединения в межсинаптическое пространство. То есть работа астроцитов напрямую влияет на процесс передачи и обработки сигналов между нейронами. Очевидно, что каждый акт работы таких клеток сопровождается изменением баланса химических веществ в астроцитах и вблизи них. Это изменение баланса является химическим следом сигнала по нейронам. Однако этот химический состав, в свою очередь, будет влиять на прохождение следующих сигналов через синаптические связи нейронов. Это означает, что в химическом следе сохраняется некоторая информация о ранее прошедшем сигнале, которая будет передаваться следующему проходящему сигналу. Для диссипации этого химического следа требуется определённое время, и пока он не исчез будет происходить влияние этого следа на прохождение последующих сигналов. Неоднократное прохождение сигналов по одним и тем же синаптическим связям будет усиливать этот след. Усиливать его могут и специальные гормоны, вызывающие эмоции и выделяемые особыми нервными клетками. Время хранения информации в химическом следе может составлять несколько минут или часов.

Химическая память затем может вызывать перестройку синаптических связей между нейронами. Такая перестройка означает перенос информации из химической памяти в структурную.

Ясно, что в ячейках ГИП, по которым циркулирует некоторое время сигнал, влияние химической памяти наибольшее. Выше указывалось, что внимание связано с неоднократным прохождением сигналов в ГИП и САС по одним и тем же путям. В этом случае формируется сильный химический след. Последний, в свою очередь, может сформировать долговременную структурную память. Таким образом, внимание позволяет лучше сформировать долговременную память о тех явлениях, на которых было сосредоточено внимание.

Кроме того, внимание часто сопровождается различным эмоциональным отношением к объекту внимания. Эти же гормоны, которые вызывают эмоции, закрепляют химический след, вследствие чего информация из химической памяти надёжнее переписываются в долговременную память.

Рассмотренные механизмы показывают, что представление адаптивной памяти в полной мере применимо и к живому организму.

Другое представление памяти – когнитивное обусловлено особым механизмом работы мозга с информацией с помощью ГИП в связке с САС. ГИП позволяет формировать определённые образы, на которых может быть сосредоточено внимание. Как было сказано выше, образ – это упорядоченный набор информации, регулярно повторяющийся в каком-либо процессе. В частности, эти образы могут содержать информацию о прошлом опыте, событиях и переживаниях. В ГИП из других частей ЦНС могут поступать образы потребностей организма, его целей, задач. Все эти образы в процессе работы ГИП+САС могут использоваться для формирования реакций организма.

Воля

В психологии словом воля определяют когнитивный процесс, посредством которого человек принимает решение и обязуется следовать определённому курсу действий.

Благодаря воле каждое живое существо одно и тоже явление воспринимает по разному, а следовательно, и будет принимать разные решения.

Изучая процесс восприятия, мы рассмотрели роль идеальных а-стимулов. Их назначение – анализировать возможные действия организма. Анализ заключается в последовательном вызове различных а-конвейеров через посредство ГИП. Каждый а-конвейер позволяет произвести какую-то часть этого анализа. Однако, в силу неопределённости работы нейронов последовательность вызова а-конвейеров строго не определена. Каждый раз, когда в ГИП поступает сигнал от а-реакции, он активирует в ней группу нейронов, связанную с этой а-реакцией. Однако, в силу неопределённости работы нейронов, эта группа активируемых нейронов не точно определена. Затем эта группа активированных нейронов запускает процесс в ГИП, результатом чего является создание наиболее возбуждённой группы нейронов, которая передаст своё возбуждение новому а-стимулу, инициирующему новый а-конвейер. Этот аналитический процесс тоже обладает неопределённостью, поэтому какой а-стимул будет выбран зависит от состояний нейронов самой ГИП. От того какой будет возбуждён а-стимул зависит дальнейший ход работы связки САС и ГИП. Цепочка последовательных возбуждений а-конвейеров заканчивается принятием решения. Решение – такое состояние аналитической системы, которое может сформировать сигналы на некоторую последовательность действий благоприятную для организма. То есть дальнейшая работа аналитической системы будет сопровождаться выдачей сигналов на различные действия организма.

Способность ГИП возбуждать а-стимулы образов, вызывающих выработку определённого решения и позволяющих следовать определённым системой курсом действий, в зависимости от своего предыдущего состояния, называется волей.

Отсюда следует, что воля сопровождает внимание, то есть может быть только у организмов способных ко вниманию.

Сознание и самосознание

Первичными, базовыми составляющими звеньями сознания являются элементарные ощущения. Они создают способ работы с нечёткой информацией. Эти элементарные ощущения с помощью нейронных связей самоорганизуются в более сложные ощущения, в которых информация объединяется и упорядочивается по определённым признакам, то же не вполне чётким. Указанный процесс объединения ощущений достигает определённого уровня, с которого объединённые и определённым образом упорядоченные ощущения (за счёт выработанных связей между нейронами) позволяет организму совершать достаточно рациональные действия. Такую организацию обработки и использования ощущений, закреплённую в структуре нейронных связей, мы описывали как формирование в нейронной сети определённых образов. Эти образы могут инициироваться поступающей в виде ощущений извне организма информацией и обеспечивать формирование сигналов на регулируемые этими образами органы для их действий, адекватных поступающей информации. Поскольку весь описанный процесс является нечётким, результат действий организма может быть не всегда вполне рациональным. Однако, организм и далее продолжает получать информацию о своём новом состоянии во внешнем мире и, потому, может совершить новые действия, направленные на улучшение своего положения. В результате повторения этих циклов организм может достичь вполне оптимального для себя состояния.

Весь этот непрерывный цикл — постоянное получение информации, её обработка, запоминание и выработка решений — проявляется как сознание.

Таким образом, одним из базовых механизмов сознания является непрерывный поток упорядоченных (иерархических) ощущений, формирующих образы, которые дают сигналы к выполнению определённых действий и их постоянному улучшению благодаря этому потоку. Выдача таких сигналов - есть локальное и очень кратковременное восприятие этих образов.

Этот механизм можно представить следующей схемой.

Рис.8 Схема механизма сознания

Исходя из рассматриваемого механизма сознания, можно сказать, что оно может появляться в организмах, нервная система которых научилась формировать и работать с образами. До начала работы с образами сознание в организме не может существовать. При рождении или вылупливания организма его нервная система в большей части не обучена формировать образы. Лишь отдельные ощущения в этом организме (генетически заданные) существуют в форме образов. Эти ощущения позволяют создавать организму безусловные рефлексы. Таким образом, в необученной нервной системе зародыши сознания существует только в объёме безусловных рефлексов. Причём, так как безусловные рефлексы, как правило не связаны с друг с другом, эти зародыши сознания тоже существуют отдельно друг от друга. По мере роста организма его объем будущего сознания разрастается вокруг существующих зародышей. То есть зародыши сознания являются ядрами формирования механизма сознания. Во время роста базы сознания её отдельные части объединяются. В результате обучения нервной системы организма возникает единая нервная система по управлению особью. С этого этапа можно говорить о сознании живого организма.

Механизм для появления самосознания создаётся по аналогичному принципу, но на основе интегрального постоянного восприятия мобилизованных образов. У организмов, обладающих самосознанием, имеется специальная система в ЦНС (мы рассмотрели ИАП), которая позволяет создавать непрерывные потоки восприятий образов не только из внешних ощущений, но и из самих структур ЦНС (в том числе из КАС). Благодаря этому класс возможных образов становится чрезвычайно широким, и они приобретают способность широко взаимодействовать друг с другом, что обеспечивает принятие решений, максимально соответствующих целям, задачам и потребностям организма.

Итак, базовым механизмом самосознания является поток самоорганизуемых иерархических восприятий, направленных на выполнение определённых действий и оценку их результативности.

Этот механизм самосознания можно представить следующей схемой.

Рис.9 Схема механизма самосознания

Очевидно, что существует широкий спектр уровней сознаний от простого до самосознания, в которых часть действий и их анализ основаны на локальных восприятиях, а часть — на интегральном постоянном восприятии. Первые мы называем неосознанными действиями, вторые — осознанными. Неосознанные действия осуществляются на основе а-конвейеров, функционирующих без активного взаимодействия с системами, формирующими постоянное восприятие.

Все уровни сознаний можно строить из блоков, представленных схемами на рис. 8 и 9. То есть сигнал на исполнение от одного блока может служить сигналом на анализ для другого блока. Такая структура должна возникнуть в результате эволюции организмов. По мере расширения возможностей их нервной системы, новые структурные образования подключались к уже существующим. Но так как организм всегда должен регулироваться как единая управляемая система, всегда должен быть механизм или ведущий блок, который синхронизирует действия других блоков. При этом, если мы рассматриваем самосознание, то синхронизирующим блоком всегда будет блок с постоянным восприятием. На ранних стадиях развития сознания объединяющим механизмом была гормональная система, создающая эмоциональные связи между структурами нервной системы.

В рамках всей этой модели сознания остаётся нераскрытым вопрос о том, как именно оно приобретает свою субъектность. Под субъектностью управляющей системы понимается её способность влиять на собственные действия, оценивать и контролировать их ход при отсутствии в самой управляющей системе каких-либо отдельных (обособленных) структур, алгоритмов и критериев для проведения этих операций и суждений. Таким образом, работа самой системы должна быть построена на принципах, чтобы любой элемент системы выполнял одновременно и операции, способствующие субъектности всей системы.

Обратимся к ощущениям нейронов. Из-за их нечёткости уже на этом этапе происходит оценка самих ощущений. Конкретно — нейрон не выдаст на поступивший сигнал вполне определённый ответ. Его реакция зависит от множества факторов: какие сигналы поступали ранее, какая среда сформировалась вокруг него под воздействием соседних нейронов, окружающей глиальной ткани, химических соединений, поступающих с кровью. То есть нейрон оценивает все эти факторы и, под их влиянием, выдаёт свой сигнал. То есть выданный нейроном сигнал не определяется никаким детерминированным алгоритмом. В свою очередь, выданный сигнал влияет на другие нейроны и окружающую среду, то есть каждый нейрон выдаёт свою оценку как другим нейронам, так и в саму среду.

Таким образом, у каждого нейрона есть своя сфера зависимости, а также — сфера влияния этого нейрона на окружающие структуры. Реакция каждого нейрона — это его оценка множества факторов и одновременно — формирование этих факторов. Сферы зависимости и влияния всех нейронов пересекаются, и в результате происходит коллективная оценка. Чем больше нейронов вовлечено в этот процесс, тем более сложные состояния они могут оценивать, контролировать и на которые могут влиять.

Следовательно, каждый из нейронов, входящий в их коллектив, уже обладает элементарной субъектностью. И по мере роста коллектива нейронов субъектность увеличивается как для каждого нейрона в отдельности, так и для всего коллектива.

Значительным шагом в увеличении субъектности стало появление гормональной системы. Благодаря гормонам пространство зависимости действий увеличилось до размеров всей нервной системы. Гормоны, выделившиеся в одном месте действия нервных сигналов, могут вызывать коллективные изменения реакций нейронов во всей системе. То есть пространство влияния под действием гормонов очень широкое, но не регулируемое — это все нейроны, на которые могут оказать влияние данные выделенные гормоны.

Появление коры головного мозга позволило сделать пространство влияния, оценки и контроля действий регулируемым. В это пространство вовлекаются все те образы, которые могут быть мобилизованы. Все образы, которые могут вовлекаться в процесс создания мобилизованных образов, попадают в единую сферу взаимного влияния.

Таким образом, субъектность сознания возникает в силу того, что существует влияние действия любого из элементов ЦНС на большую массу других её элементов при выработке решения и осуществления действий. Эта субъектность может возникать благодаря как гормонам, то есть с появлением эмоций, так и благодаря особым объединяющим структурам, например, коре головного мозга у млекопитающих.

Рассмотренные механизмы сознание и самосознания могут быть созданы на основе нейроморфных элементов. Однако, механизм эмоций и чувств вряд ли будет необходимо создавать для искусственных систем. Внесение в них механизма эмоций и чувств может представить большую опасность для существования биологической разумной жизни. Поэтому сознание живых организмов с участием эмоций и чувств, которое можно назвать биологическим сознанием, вероятно останется уникальным.

Аксиомы сознания

1. Сознание является механизмом достижения системой постоянно изменяющихся её целей в отсутствие заданных алгоритмов достижения этих целей.
2. Сознание возникает в структурах, которые одновременно и хранят информацию, и обрабатывают.
3. Сознание — проявление работы с нечёткой информацией через механизмы ощущений, образов и их восприятий.
4. Сознание — возникает при циклической обработке потока образов.
5. Для наличия сознания необходимы механизмы, создающие сильную связь между обрабатываемыми образами в разных и удалённых частях системы.

Классификация сознания

Поделим сознание на два вида: биологическое и небиологическое (искусственное). Биологическое сознание - у живых организмов, небиологическое - у искусственно созданных систем.

Биологическое — имеет непрерывный диапазон от сознания до самосознания.

Небиологическое сознание можно поделить на два типа: антропоморфное и механическое. Антропоморфное — работает на антропоморфных элементах по принципам биологического самосознания, механическое — на основе более легко реализуемых элементов и принципов.

© Лошков И.В., 2025