Механизмы мозга

Рабочая гипотеза относительно сознания

Поднимаясь по лестнице интеллектуальной сложности и пройдя ступень, которую мы несколько произвольно охарактеризовали как «автоматическое обучение», мы встречаемся лицом к лицу с труднейшей философской проблемой — с проблемой сознания. Этот предмет неудобоварим для механициста и приводит его в замешательство. Разумеется, проблема сознания стояла перед нами и в предшествующих главах, но там она еще не была острой; до сих пор в нашем обсуждении можно было оставлять сознание в тени. Но сейчас нам предстоит непосредственно заняться некоторыми сторонами сознательных психических процессов, а также предположениями относительно того, какого рода чисто «механистические» схемы функционирования мозга могли бы лежать в основе этих процессов. Но логика требует, чтобы мы сначала уяснили себе нашу позицию по отношению к этому загадочному свойству — сознанию.

Субъективный феномен сознания — чувство осознания, которое более реально для индивидуума, чем все остальное, обладает качественными атрибутами, совершенно исключающими возможность вывести его из какого-либо сочетания известных в настоящее время физических принципов или объяснить его на их основе Это неспособность современной физической науки объяснить сознание может оказаться либо катастрофической, либо сравнительно несущественной для оценки правдоподобности механистических моделей функции мозга. Если феномен сознания составляет активную и непосредственно управляющую часть исследуемого мозгового процесса, то механистическое объяснение вряд ли будет согласоваться с наблюдаемыми фактами поведения. Если же сознание — чисто пассивное свойство, нечто вроде окна, через которое мы можем видеть небольшую часть мозговых процессов, не нарушая упорядоченной работы наблюдаемых нами механизмов, то можно надеяться, что наши теоретические модели в какой-то мере приложимы не только к бессознательной, но и к сознательной активности.

Читателю, без сомнения, ясно, что мы фактически все время придерживались теории пассивного сознания. Мы сохраним такую позицию и в дальнейшем. Это, однако, не означает, что мы полностью игнорируем сознание. Инженер, получивший задание расшифровать детали устройства и работы новой необычной вычислительной машины, к которой не приложено никаких инструкций, не стал бы игнорировать осциллоскопы, сигнальные лампочки или измерительные приборы на щите управления, даже если бы они могли дать ему лишь фрагментарные указания. Как в предшествующем, так и в последующем изложении мы рассматриваем сознание примерно таким же образом — как некий контрольный прибор с неизвестной калибровкой и неизвестными характеристиками искажения, который включен в интересующие нас сложные схемы неизвестным способом, но тем не менее дает нам косвенные указания, возможно небесполезные для решения тех загадок, с которыми нам приходится иметь дело.

Поэтому мы будем обращаться к сознанию лишь постольку, поскольку мы можем сравнивать его с такого рода контрольным прибором, особенно в тех случаях, когда — как, например, при воспроизведении в памяти какого-либо события или идеи, — конечный результат нервной активности, по-видимому, сводится исключительно к стимуляции нашего чувства осознания. Наш механистический подход к подобной ситуации будет состоять в том, чтобы обойти проблему, предположив, что осознанный образ памяти возникает автоматически всякий раз, когда активируются определенные группы нейронов в головном мозгу. Пока мы ничего не знаем, наилучшим будет, вероятно, самое простое предположение, — что активация следов сенсорного комплекса ведет, без всякого участия каких-либо иных механизмов, к тому, что мы осознаем содержание этого комплекса. Нас будет интересовать сама эта активации, но не средства, с помощью которых она вызывает у нас субъективные переживания.

Те, для кого представление о чисто пассивном чувстве осознания неприемлемо, не найдут в этой трактовке ничего такого, что логически исключало бы возможность открытия в будущем незначительного управляющего воздействия сознания. Наша рабочая гипотеза, для всех практических целей, сводится просто к тому, что известные нам физические принципы достаточны для объяснения мозговых процессов, если не говорить о таких деталях, которые при современном уровне знаний лежат в чисто умозрительной области. Некоторые отклонения от действия этих физических принципов, которые могли бы иметь огромное философское значение, возможно, еще много лет будут недоступны для выявления при исследовании вычислительных машин или мозга. Вопрос о такой возможности мы оставляем открытым.

Активное запоминание

В предыдущих главах нам уже приходилось обсуждать один феномен, связанный с сознанием, а именно сохранение и воспроизведение событий в памяти. Попытаемся исправить это отступление от требований логики, но не путем вторичного рассмотрения тою же вопроса, а путем анализа очень сходною процесса сознательного заучивания. Когда мы хотим запечатлеть в своем сознании, т. е. «запомнить», обстановку комнаты, в которой мы находимся, то мы, по-видимому, просто стараемся содействовать нормальным процессам закрепления и воспроизведения следов памяти. Рассмотрим субъективные переживания, связанные с сознательным запоминанием: возможно, это поможет нам понять работу некоторых механизмов нашего мозга.

Эффективное запоминание обычно сопровождается ощущением сосредоточенности внимания на запоминаемом материале. Это вряд ли удивит нас, так как мы уже не раз отмечали значение концентрации внимания для создания каких-то электрофизиологических или химических условий, необходимых для прочного закрепления первоначальных, кратковременных следов памяти. Однако мы используем свою способность концентрировать внимание не только для того, чтобы исключать из сознания посторонние восприятия и мысли: существенно то, что мы последовательно сосредоточиваем внимание на различных мелких, но важных деталях, которые мы хотим запечатлеть в памяти. Этот медленный и трудоемкий процесс последовательной регистрации деталей, без которого большинство из нас не сможет в будущем точно воспроизвести их, говорит о том же, на что указывали и другие рассмотренные нами данные, — что механизм памяти неспособен эффективно фиксировать информацию с очень большой скоростью. Такого рода сознательная помощь системе памяти казалась бы явно излишней, если бы эта система могла автоматически фиксировать и сохранять для использования в будущем точную картину всей информации, поступающей через наши сенсорные входы.

Вероятно, в основе процесса активного запоминания лежат обычные механизмы хранения и воспроизведения сенсорной информации, работе которых содействует необычно высокая степень концентрации внимания. Запоминая обстановку комнаты, мы последовательно останавливаем свой взгляд и свое внимание на различных предметах, и эти последовательные эпизоды, по-видимому, связываются между собой в памяти на основе какого-то принципа автоматического соединения, который группирует для последующего совместного воспроизведения различные сенсорные комплексы, первоначально воспринятые примерно в одно и то же время. Однако это еще не все. Временные отношения при активном запоминании играют меньшую роль, чем в большинстве повседневных актов запоминания событий и воспроизведения их в памяти. Во время первоначального запоминания мы можем сосредоточить внимание сначала на стуле, затем на столе, на книге и т. д., но в процессе воспроизведения эта временная последовательность может не сохраняться. Кроме того, если один предмет мы рассматривали довольно долго, а другому уделили меньше времени, то это, по-видимому, не находит отражения в последующем воспоминании. Дело обстоит так, как будто бы какой-то мозговой механизм распознает статичность запоминаемой картины и посылает надлежащие сигналы, отключающие специальное устройство, посредством которого последовательные «моментальные снимки» меняющейся внешней ситуации отпечатываются при записи событий независимо, на отдельных матрицах нейронного материала.

Такая способность мозговых механизмов «останавливать киноленту» помогает объяснить ряд других особенностей процесса запоминания. Мы знаем, что даже тогда, когда мы выбрали небольшую деталь, чтобы закрепить ее в памяти как один из фрагментов, из которых будет составлена вся мозаика запоминаемой картины, нужно на какое-то короткое время сосредоточить на ней внимание, если мы хотим ее запомнить. Это можно понять, если предположить, что во время пристального рассматривания данной летали зрительный вход остается соединенным с одним и тем же элементом памяти; тогда электрохимические изменения в элементах памяти, лежащие в основе фиксации следа (в чем бы они ни состояли), должны будут усиливаться во время этого процесса запоминания.

Существенна еще одна особенность активного запоминания — то, что закрепление какого-либо сенсорного следа может происходить в несколько этапов. После того как мы частично зафиксировали в сознании вид стула, мы можем на время переключить свое внимание на стол, а затем опять вернуться к стулу, чтобы путем его дальнейшего рассматривания придать его следу в памяти большую точность, увеличив число деталей, которые мы сможем вспомнить. Очевидно, матрица элементов памяти, содержащая частично сформированный след, может быть вновь соединена с сенсорными входами во второй и в третий раз — для внесения поправок и дальнейшего укрепления пока еще непрочных связей.

Здесь, как и во всех процессах зрительного восприятия и запоминания, должны иметь место какие-то сложные преобразования сенсорной информации, вроде тех, о которых говорилось в гл. 3. Запоминая обстановку комнаты, мы можем передвигаться и рассматривать предметы с разных сторон и под разными углами, не нарушая существенным образом процесс запоминания. В нашем обсуждении мы обходим сложности этой трудной проблемы константности восприятия: мы просто предполагаем, что существуют преобразования, посредством которых при изменениях расстояния, направления и ракурса входной зрительный комплекс каким-то образом стабилизируется до того, как он будет соединен с нейронными элементами памяти для укрепления и исправления сформировавшегося ранее следа.

Представление о системе памяти, способной производить то «кинематографическую», то просто «фотографическую» съемку по указанию какой-то нейронной схемы, реагирующей на скорость изменения того сенсорного комплекса, на который направлено наше внимание, согласуется с другими данными повседневного опыта. Хотя в гл. 9 мы видели, что в памяти может сохраняться временная последовательность событий, а иногда даже абсолютная длительность временных интервалов, это, несомненно, не общее правило. Наши субъективные суждения о времени часто ненадежны. Каждому из нас случалось с удивлением узнавать, как мало времени в действительности заняла, казалось бы, значительная последовательность быстро сменявших друг друга событий. Напротив, длительный период, бедный сенсорным, умственным или эмоциональным содержанием, скорее всего будет записан в памяти (если он вообще в ней сохранится) в виде нескольких «неподвижных снимков», быть может дополненных одним или двумя короткими «киноэпизодами». Кстати, специалист по вычислительным машинам не сможет не заметить, насколько значительно уменьшается необходимая емкость памяти при таком ее устройстве — когда память производит запись только во время поступления существенной информации, но даже и в этот период затрачивает большую часть времени на исправление и улучшение существующих следов, а не на запись новых данных.

Ассоциативное «вспоминание»

Любая теория памяти и обучения, для того чтобы согласоваться с неопровержимым субъективным опытом, должна предусматривать существование механизма, благодаря которому событие, воспринимаемое в данный момент с помощью зрения, слуха, обоняния или вкуса, может «напомнить» нам о какой-то прошлой ситуации, содержавшей сходные сенсорные элементы. Видимо, приходится предположить, что непрерывно меняющаяся картина текущих событий, отображаемая на наших первичных сенсорных «экранах», не только проецируется на свободные нейронные элементы памяти для образования новых следов, но и передается на многочисленные комплексы связи, проводимость которых повышена в результате хранения следов прошлых событий. Мы должны заключить, что, когда входные сенсорные стимулы активируют достаточно большую часть входов одного из следовых комплексов, активируется весь комплекс благодаря системе связей между элементами памяти, установившихся при первоначальной записи события. И тогда в нашем сознании возникает воспоминание о том прошлом событии, которое в каком-то важном отношении было сходно с текущим событием, вызвавшим это воспоминание.

Отсутствие полного хаоса в наших осознанных мыслительных процессах указывает на существование мощного тормозящего механизма, «отфильтровывающего» из нашей памяти каждый раз лишь одну цепь воспоминаний. Однако есть основания предполагать, что этому тормозному процессу в известной степени противодействует процесс облегчения, который поддерживает относительно низкую величину порога для возбуждения других воспоминаний, содержащих важные общие элементы с тем, что в данный момент воспринимается органами чувств или воспроизводится в памяти. За воспоминанием о прошлом событии, в котором фигурировал красный воздушный шар, легко может последовать другое воспоминание, где важную роль играет красное яблоко.

Образование понятий на основе принципа автоматического соединения

Способность формулировать и употреблять сложные понятия несомненно служит одним из главных оснований для притязаний человека на умственное превосходство над другими животными. Попробуем предпринять наиболее глубокое из наших вторжений в область психических феноменов: посмотрим, насколько механистическая точка зрения, характерная для нашего подхода ко всем таким вещам, может приблизить пас к пониманию простейшего способа формирования понятий — образования в мозгу «перечня» свойств, сочетание которых определяет некоторый класс объектов.

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

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

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

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

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

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

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

Нечувствительность механизмов мышления к повреждению мозга

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

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

Высшие интеллектуальные процессы

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

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

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

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

Литература

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

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

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