Глава 16. РАЗГАДКА ТАЙНЫ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО МОЗГА.
(ДЕВЯТЫЙ ШАГ К ВЫСШЕЙ МУДРОСТИ)ЭпиграфСамым замечательным созданием природы является человек. И самое ценное, чем человек обладает, это его, тоже созданный природой, мозг.
ЧТОБЫ УЛУЧШИТЬ ИНТЕЛЛЕКТ,
НУЖНО ЗНАТЬ, КАК РАБОТАЕТ МОЗГРоль интеллекта в жизни общества постоянно возрастает. На наших глазах происходит беспрецедентная по масштабам интеллектуальная революция, вовлекающая в свою орбиту миллионы людей.
Парадокс в том, что сегодня люди с нарастающей активностью эксплуатируют собственный мозг, толком не представляя механизмов его работы. В результате многие возможности мозга остаются неиспользованными. Из-за этого интеллектуальный потенциал цивилизации заметно снижается.
Сложилось явно ненормальное положение. Отсутствие нужных знаний о работе мозга, неумение объяснить принцип работы «думающего органа» не позволяют повысить эффективность мышления, тормозят интеллектуальный прогресс.
Этот недостаток нужно срочно устранить. Нужно усилить возможности интеллекта, увеличить интеллектуальный ресурс цивилизации. Для этого надо вооружить широкие массы специалистов и просто любознательных людей ясной руководящей идеей об устройстве собственного мозга.
Жизнь властно требует простого, пусть не совсем точного, но непременно эффективного объяснения тайны человеческого мозга. Что толку без конца повторять, что мозг сложен, а психика еще сложней. Наука продвигается вперед, когда сложным явлениям удается найти простое и полезное объяснение.
В этой и следующей главах сделана попытка раскрыть основной секрет и дать самое простое описание механизма работы мозга и разума. Наш рассказ будет простым и наглядным, но не примитивным. Мы намерены выделить главные моменты и безжалостно отбросить все второстепенное. Это позволит обнажить «тайные пружины и колесики», которые довольно точно передают суть дела.
Наша цель — предоставить читателю в минимальном объеме наиболее важные сведения о работе мозга и интеллекта. Думается, это тот минимум, который должен знать каждый современный культурный человек. Мы постараемся удовлетворить законные потребности читателя, который стремится к мудрости, но желает получить ее в «удобной и красивой упаковке».
Среди множества гипотез мы будем выбирать наиболее ясные, наглядные и убедительные. Мы предложим концептуальную модель, позволяющую легко понять и «разложить по полочкам» многие особенности мозга и интеллекта, которые до сих пор казались загадочными и необъяснимыми. По нашему мнению, она может служить стартовой площадкой для построения теории улучшения интеллекта [1].
Сделаем оговорку. К сожалению, мы не сумели получить у Господа Бога гарантийный талон, который страховал бы наше объяснение от возможных ошибок. Впрочем, по этому поводу вряд ли стоит огорчаться — такого талона нет ни у кого из современных ученых, пишущих о столь сложных материях.
КАК УСТРОЕН ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МОЗГ?Многие ученые считают, что мозг — это биологический компьютер, предназначенный для:
• обработки биологической информации;
• управления человеческим телом и поведением;
• управления жизненно важными процессами, протекающими в человеческом теле;
• заботы о безопасности и сохранении жизни;
• эффективного приспособления к среде обитания и активного преобразования мира;
• выполнения умственной работы;
• реализации творческих замыслов и удовлетворения духовных запросов;
• формирования эмоциональных состояний и управления эмоциями.
Мозг состоит из большого количества мелких деталей — нервных клеток.
Нервная клетка (нейрон) — это помесь микросхемы с осьминогом. Подобно микросхеме нейрон умеет обрабатывать информацию. Подобно осьминогу он имеет длинные извивающиеся щупальца — нервные отростки. С их помощью он присоединяется к соседним осьминогам.
Место соединения щупальцев двух нейронов похоже на микроскопический штепсель, состоящий из вилки и розетки. Такой живой штепсель называется синапсом.
Синапс похож на небольшую шишечку (утолщение), которая вырастает в точке встречи двух щупальцев, прочно склеивая их между собой.
Под нашей черепной коробкой «упакованы» несколько миллиардов нейронов. Необходимо подчеркнуть: нейроны — вовсе не отшельники, каждый из которых живет сам по себе и не желает знаться с соседями. Наоборот, они тесно связаны между собой многочисленными «телефонными кабелями» (нервными волокнами).
Благодаря этим кабелям нейроны постоянно общаются друг с другом и обмениваются ценной информацией. Информация передается с помощью химических и электрических сигналов.
Множество связей образует межнейронную сеть. Это очень полезное понятие. Межнейронная кабельная сеть определяет маршруты, по которым в мозгу передаются потоки информации.
КАК ЧЕЛОВЕК ЗАПОМИНАЕТ ИНФОРМАЦИЮ?Межнейронная сеть не является застывшей, окаменелой. Она постоянно изменяется. Такие изменения имеют важный смысл: они служат для запоминания информации.
За свою жизнь человек накапливает и запоминает огромное количество всякой всячины. Многое, конечно, быстро забывается. Но некоторые сведения (например, дорогие сердцу воспоминания о первой любви) мы помним очень долго, иной раз — всю жизнь.
Каким образом мозг хранит информацию? Как устроена долгосрочная память мозга?
Согласно одной из гипотез памятью мозга является межнейронная сеть, то есть совокупность связей между нейронами [2—6].
КАК МОЗГ ЗАПОМИНАЕТ ТАБЛИЦУ УМНОЖЕНИЯ?Предположим, ваш сын должен выучить таблицу умножения. Какие процессы будут происходить в его мозгу в ходе заучивания?
Прежде малыш таблицу умножения не знал. Поэтому в соответствующем месте мозга у него находилось «пустое место». Что это значит? Может быть, у него отсутствовала сотня-другая нейронов, а в конце учебы они вырастут?
Нет, это не так. Число нейронов в мозгу определяется генетическим кодом и остается практически неизменным в течение всей жизни. Запоминание новой информации не влияет на количество нейронов и вряд ли может его изменить.
Но в межнейронной сети головы малыша нет некоторых кабелей — соединений между нейронами. Отсутствие этих связей означает, что мальчик не знает таблицу умножения.
Когда малыш приступит к зубрежке, нервные волокна потихоньку начнут прорастать и присоединяться к нужным нейронам. В итоге между нервными клетками образуются новые щупальца (отростки) и контакты (синапсы), которых раньше в мозгу не было.
В конце работы, когда школьник выучит таблицу назубок, мы вправе сказать, что межнейронная сеть изменилась: в ней появилась новая группа связей, которая хранит в себе таблицу умножения. Она-то и является «запоминающим устройством», в котором с помощью межнейронных перемычек и контактов закодирована таблица умножения.
МЕХАНИЗМ ДОЛГОСРОЧНОГО ЗАПОМИНАНИЯПредположим, надо запомнить не таблицу умножения, а что-нибудь более важное. Например, за пять лет обучения освоить полный университетский курс по специальностям «биология», «химия» или «математика».
Хотя эта задача намного сложнее, но механизм долгосрочного запоминания тот же самый. В процессе обучения в мозгу студента между нервными клетками постепенно образуются многочисленные связи, которые прежде отсутствовали. При этом какие-то ранее существовавшие связи, вероятно, могут отмирать и замещаться новыми.
Некоторые ученые предполагают, что поступающая в мозг информация подсказывает нервным отросткам, в какую сторону они должны расти и на какие «клеммы» соседних нейронов им следует «припаяться» [7].
Нейроны можно сравнить с населенными пунктами, а межнейронные связи — с дорогами. Процесс обучения мозга — это прокладка дорожной сети между населенными пунктами.
Представим себе, что мозг — огромная страна, в которой миллиарды населенных пунктов.
Когда человек появляется на свет, в стране почти совсем нет дорог. Но маленький человечек растет, набивает шишки, набирается ума. Это значит, что в его мозгу идет активное строительство дорожной сети. Кончил паренек школу — количество дорог увеличилось во много раз. Успешно одолел институт — к прежним дорогам добавилось множество новых.
Всякий раз, когда наш герой приобретает новый ценный опыт, включаются в дело новые дорожные рабочие и асфальтоукладчики. Человек шагает по служебной лестнице, обрастает знаниями, становится мудрее, духовно богаче — дорожная сеть становится все гуще и гуще, достигая пика в зрелом возрасте.
А теперь самое интересное. Жизненный опыт каждого человека уникален — на свете нет двух одинаковых людей. Поэтому у каждого человека своя неповторимая дорожная карта, свой лабиринт асфальтовых дорог и тропинок.
Пример с дорогами позволяет лучше понять природу человеческой памяти. Процесс запоминания информации в долгосрочной памяти состоит в том, что нервные клетки, как деревья весной, набухают новыми почками, которые выбрасывают молодые весенние побеги.
Эти побеги, превращаясь в бурно растущие цепкие щупальца, активно прилепляются к другим клеткам, создавая новые межнейронные дороги. Мы уже знаем, что в местах соединения образуются новые синапсы. Часть старых синапсов и отростков может изменять форму, дегенерировать и отмирать. При работе мозга многие нейроны постоянно ощупывают друг друга своими многочисленными отростками, отсоединяясь от одних партнеров и присоединяясь к другим [8].
Подведем итоги. Носителем долгосрочной информации в мозгу служит межнейронная кабельная сеть. Запись новой информации всегда означает некоторую переделку этой сети. При этом отдельные межнейронные провода и контакты изымаются, другие прокладываются заново, третьи меняют свою форму, размеры и взаимное расположение.
Таким образом, длительный процесс прижизненного обучения (от рождения до смерти) — это процесс непрерывной перестройки межнейронной сети и постоянного формирования новых связей.
У каждого человека межнейронная сеть уникальна, так как в ней закодирован его личный жизненный опыт. Межнейронная сеть — это своего рода отпечатки пальцев, позволяющие идентифицировать данного человека, отличить его от всех других людей.
МЕЖНЕЙРОННАЯ ПАУТИНАСколько межнейронных связей имеется в голове человека? Если считать, что в мозгу 100 миллиардов нейронов [6, 9], причем каждый имеет в среднем 10 000 отростков, общее количество связей равно:
100 000 000 000 * 10 000 = 10 (в 15-й степени) связей.
Нейроны и межнейронные связи — стандартные детали, из которых построен наш мозг. Хотя каждая деталь сравнительно проста, в сумме они дают астрономическое число сочетаний.
Гигантская паутина из 10 (в 15-й степени) межнейронных связей позволяет мозгу запомнить и длительное время хранить огромное количество информации. В этих связях «закодированы» все без исключения события и воспоминания, которые живут в нашем сознании. На необъятном «нейронном складе» хранится все, что когда-то врезалось в нашу память.
Благодаря волшебной нейронной паутине мы обладаем бесценным даром памяти. Все, что хранится в памяти, почти всегда можно вспомнить (если в мозгу нет старческих и иных дефектов).
Когда мы, вспоминая, активизируем межнейронное кружево, перед нашим мысленным взором оживает нужная информация. Это может быть знакомый пейзаж с тремя соснами над тихой речкой, сверкающий огнями шумный город, последовательность событий нашей жизни, важнейшие вехи биографии. Здесь же хранятся милые сердцу воспоминания детства, огромные запасы профессиональных знаний и множество других впечатлений, которые по тем или иным причинам оставили в душе неизгладимый след.
Поэт и художник Давид Бурлюк как-то сказал: «У Маяковского память, что дорога в Полтаве — каждый калошу оставит».
Мы в состоянии вспомнить тончайшие душевные переживания, мгновения пленительного счастья, драматические жизненные потрясения, удивительные встречи с интересными людьми и многое другое. Но есть и ограничение. Извлечь из памяти можно только то, что «закодировано» в паутине в форме межнейронных перемычек. Если нужные перемычки отсутствуют, значит, информации в мозгу нет и вспомнить ее невозможно.
Цитата:
Аналогия с электрической печатной платой
Электрическая печатная плата — очень простое устройство. На ней методом химического травления нанесены («напечатаны») плоские электрические проводники. Если проводников много, их располагают в несколько слоев. Для изоляции слои проводников разделяют слоями тонкой пластмассы. Такой «бутерброд» называется многослойной печатной платой.
На поверхности платы устанавливают микросхемы, электромагнитные реле и другие миниатюрные детали. Печатные проводники соединяют их между собой. В результате печатная плата превращается в добротный электрический прибор, который умеет делать что-то полезное. Например, управлять каким-нибудь важным станком.
Парадокс в том, что кора головного мозга очень похожа на печатную плату. В самом деле, что такое кора? Представьте себе газетный лист площадью 2200 см2 (что соответствует квадрату со сторонами 47см*47см). Чтобы поместить такой большой лист внутрь нашего маленького черепа, кору надо скомкать, как настоящую газету. Вот почему на коре головного мозга видны многочисленные извилины и складки.
Толщина коры около 3 мм. Она похожа на 6-слойный бутерброд, в котором слои нервных клеток чередуются со слоями их отростков. Таким образом, кора напоминает печатную плату, у которой печатные проводники расположены в 6 слоев.
Конечно, есть и отличие: микросхемы установлены на поверхности платы, а нейроны спрятаны внутри слоев коры [10].
Межнейронная сеть хранит программу работы мозга
Согласно одной из гипотез межнейронная сеть хранит программу управления работой мозга. Чтобы убедиться в этом, обратимся снова к примеру с печатной платой.
Давайте возьмем штук 50 микросхем или электромагнитных реле и установим их на плату. На ту же плату заранее нанесем нужную нам монтажную схему в виде печатных электрических соединений. В итоге получим прибор, который будет выполнять строго определенные функции. Можно сказать, что эти функции заданы с помощью выбранной нами монтажной схемы печатных проводников.
А теперь (не меняя микросхемы или реле) переделаем монтажный узор на печатной плате. Ясно, что мы получим совершенно другой прибор, который будет выполнять уже другие функции.
Действуя подобным способом, можно создать большое количество различных приборов.
Сравним их между собой. На всех приборах установлены те же самые электродетали (микросхемы или реле). Приборы отличаются друг от друга только паутиной электрических связей на печатной плате.
Отсюда проистекает важный вывод: монтажные связи на плате — это долгосрочная память. Меняя связи, мы записываем в память новую информацию.
Допустим, у нас 100 разных печатных плат, причем каждая имеет свою неповторимую монтажную схему. Делая новую монтажную схему, мы создаем новую программу работы прибора. 100 разных монтажных схем — это 100 разных запоминающих устройств, в которых записаны 100 разных программ.
Теперь предположим, что наши микросхемы или реле — это нейроны головного мозга. В таком случае монтажная схема на плате превращается в межнейронную сеть. На Земле 6 миллиардов жителей. У каждого из них в голове своя уникальная межнейронная паутина. Следовательно, она является запоминающим устройством, в котором записана программа работы головного мозга.
Нарисованная картина дает хотя и грубую, зато простую и наглядную модель долгосрочной памяти.
ЧТО ТАКОЕ ЭФФЕКТОРЫ?Наша цель — выявить главный секрет мозга. Для этого нам понадобятся два понятия: эффекторы и рецепторы.
Оглянитесь вокруг или включите телевизор. Вы увидите множество людей, которые смеются и плачут, поют и танцуют, целуются и кричат от восторга, строят города и участвуют в гонках, краснеют от смущения и бледнеют от страха, заседают в парламентах и посещают рок-концерты.
Жизнь ослепляет нас богатством красок. Ее проявления столь многообразны, что попытка найти какие-то общие черты в разноцветье человеческих действий и поступков, непроизвольных движений и эмоциональных состояний кажется невозможной. Между тем сделать это нетрудно.
В основе всех без исключения жизненных проявлений можно обнаружить работу миллионов «силовых» клеток — эффекторов, то есть исполнительных органов нашего тела.
Эффекторы бывают двух типов: мышцы и железы. Мышцы производят движения, они способны сокращаться и растягиваться. Железы выделяют вещества, например, слезы, слюну, пот, желудочный сок, женское молоко.
Сияние глаз любимой девушки, ее божественная улыбка, грациозная походка, дразнящие шутки, нескромные ласки… Все это (как ни кощунственно звучит такая мысль) с точки зрения биологии представляет собой работу разнообразных эффекторов — мышц и желез. К ним относятся и глазодвигательные мышцы, и мышцы управления мимикой и голосом, и изящная мускулатура ее прелестных ножек.
Остановите работу эффекторов — и в ту же минуту 6 миллиардов человек, населяющих планету, превратятся в живых покойников. У них будет остекленевший взгляд. Они не смогут пошевелить даже крохотной мышцей своего тела [11].
ЧТО ТАКОЕ ПОВЕДЕНИЕ?Понятие «поведение» в широком смысле слова охватывает все формы человеческой активности. Это и наиболее сложная деятельность (хирургическая операция, работа на компьютере и пр.). Это и простейшие физиологические функции (дыхание, кашель, чихание, отрыжка, потение, мочеиспускание и пр.).
Таким образом, любое поведение людей, простое и сложное, реализуется с помощью эффекторов. Деятельность мышц и желез полностью исчерпывает весь наблюдаемый репертуар человеческих действий, любую игру страстей и эмоциональных состояний. Не существует никаких форм видимого поведения, которые реализуются каким-то третьим путем — помимо мышц и желез.
ЧТОБЫ ЭФФЕКТОР СРАБОТАЛ, ОН ДОЛЖЕН ПОЛУЧИТЬ ПРИКАЗКак можно объяснить непостижимое разнообразие человеческой активности? Почему разные люди в сходных обстоятельствах ведут себя по-разному? Почему они поступают так, а не иначе? Что ими руководит: свободная воля, рука судьбы или промысел Божий?
Чтобы приблизиться к ответу на эти замысловатые вопросы, нужно прежде всего понять, какая волшебная сила действует на эффекторные клетки, заставляя мышцы сокращаться и растягиваться, а железы — выделять вещества.
Нейробиологи убеждены, что волшебная сила здесь ни при чем. Хотя в нашем теле великое множество эффекторов (их масса составляет половину массы тела), ни один из них не срабатывает случайно, беспричинно. Чтобы эффекторная клетка включилась в работу, она должна получить приказ из мозга.
Но что в мозгу выдает мышце приказ «Начни движение!»?
Это делают так называемые моторные нейроны, расположенные в двигательной коре головного мозга. У этих нейронов (нервных клеток) есть длинные отростки, которые идут в разные места, например к мышцам ног. Нервное окончание клетки прикреплено к мышце с помощью хитроумного штепселя, который называется нервно-мышечным синапсом.
Итак, почему начинает двигаться нога? Потому что при возбуждении моторного нейрона команда по длинному нервному отростку поступает в ногу. Прикрепленный к нервному окончанию живой штепсель впрыскивает в мышцу особое едкое вещество (ацетилхолин). Оно действует как удар кнута и вызывает сокращение мышцы.
В действительности все происходит намного сложнее. Моторные нейроны инициируют движение мышц. Но чтобы движения были не грубыми, а точными и элегантными, к работе подключаются другие мозговые структуры — мозжечок и базальные ганглии. Они способны работать с ювелирной точностью, обеспечить взаимную координацию и плавность движений отдельных мышц. Благодаря им человек ходит не спотыкаясь и прихрамывая, а уверенно и красиво [12].
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ ТЕЛОМКомпьютерная метафора гласит: человеческий мозг похож на компьютер. Эта аналогия полезна, но не достаточна. Ведь компьютер слепой, глухой, безрукий и безногий. Он совсем не похож на человека. Из-за отсутствия глаз и ушей компьютер ничего не видит и не может ориентироваться в окружающем мире. У него нет ног — он не может ходить. У него нет рук — он не может мастерить.
Попробуем устранить недостатки. Добавим органы чувств, органы движения и еще кое-что — компьютер превратится в робота. Это меняет дело, так как робот немножко похож на человека. Сходство увеличится, если сделать органы чувств более изощренными, органы движения — более гибкими, а компьютер — более интеллектуальным.
Аналогия между роботом и человеком является весьма глубокой. Чем же она полезна? Робот — самодвижущийся автомат, которым управляет автоматическая система управления. Эта система содержит три основных элемента (рис. 122):
• датчики (аналог человеческих органов чувств);
• компьютер (аналог мозга);
• исполнительные органы (аналог эффекторов).
Датчики — глаза и уши робота. Они воспринимают огромный поток информации, поступающий из внешнего мира (а также от внутренних органов робота), преобразуют его в электрические коды и передают в компьютер.
Компьютер пережевывает полученную информацию, тщательно ее сортирует, выискивая жемчужные зерна. Затем сравнивает данные, поступившие от множества разных датчиков, выясняя, кто их них лжет, а кто говорит правду. Кроме того, он сравнивает новые порции информации со своим предыдущим опытом.
Опыт — огромный ворох разнообразных сведений, которые поступили от датчиков вчера, позавчера и много дней назад. Сведения о прошлых событиях хранятся в цепкой памяти робота в виде кодов, записанных в запоминающих устройствах.
Постоянно повторяя прием и обработку новой информации, компьютер формирует результаты, то есть серии управляющих команд. Эти команды передаются в многочисленные эффекторы — исполнительные органы робота.
Эффекторы (механические руки, ноги, двигатели и множество других силовых элементов) приходят в движение. Это значит, что робот начал двигаться и выполнять задания.
Но это еще не все. Вездесущие датчики внутреннего состояния шпионят за каждым движением робота и непрерывно строчат доносы в компьютер, делая это как образцовые стукачи в полицейском государстве. Такие доносы играют важную роль. С их помощью компьютер осуществляет тотальный контроль за каждым движением любого эффектора. Он узнает, какое движение является неточным, неудачным или ошибочным. Затем компьютер немедленно корректирует движение, посылая в эффекторы новые серии уточняющих команд.
Благодаря непрерывной работе датчиков-доносчиков и датчиков-наводчиков компьютер осуществляет непрерывную корректировку своих команд и целеуказаний. Он добивается, чтобы робот выполнял работу с безукоризненной точностью .
Изюминка в том, что система управления сверхсложным роботом по своей структуре очень похожа на систему управления человеческим телом. Эта мысль является важным шагом к разгадке удивительной тайны — тайны человеческого мозга. Суть в том, что именно мозг является важнейшим элементом системы управления телом.
ЧТО ТАКОЕ РЕЦЕПТОРЫ?Часто говорят, что человеку свойственны пять чувств: зрение, слух, осязание, обоняние и вкус. На самом деле каждый имеет не менее дюжины различных органов чувств. Каждый орган содержит чувствительные клетки — рецепторы.
Рецептор — биологический датчик информации. Он воспринимает энергию внешнего стимула, преобразует ее в электрические сигналы, которые поступают в мозг по нервным волокнам.
Внешний стимул — раздражитель, который воздействует на рецептор. Стимулы связаны с различной формой энергии — световой, звуковой, химической, тепловой, механической.
Например, рецепторы глаза — фотоэлементы, реагирующие на световую энергию. При отсутствии света, в полной темноте, мы ничего не видим.
На сетчатке расположены не только миллионы фоторецепторов, но и небольшой глазной мозг, содержащий четыре слоя нервных клеток. Он осуществляет первичную обработку изображения, преобразует его в электрические импульсы, которые передаются в основной мозг по зрительному нерву. Таким образом, сетчатка — это не просто чувствительная поверхность, усеянная фоторецепторами, а часть мозга.
Рецепторы уха воспринимают звуковую энергию, то есть колебания воздуха частотой 40—20 000 Гц. Звук преобразуется в электрические сигналы, которые, поступая в слуховые зоны мозга, порождают слуховое ощущение.
Рецепторы носа и языка реагируют на химические соединения и передают в мозг информацию, которую мы воспринимаем как запах и вкус.
В коже имеется обширный набор кожных рецепторов, реагирующих на прикосновение, давление, тепло и холод.
Кроме того, в коже размещены рецепторы боли (ноцицепторы). Последние имеют очень высокий порог срабатывания и возбуждаются только опасными стимулами, повреждающими или грозящими повредить окружающую ткань. Прибывающие в мозг сигналы от ноцицепторов субъективно воспринимаются как различные виды боли: ожог, удар, укол, порез и т. д. [10].
«ОЙ, ДОСКА КОНЧАЕТСЯ — СЕЙЧАС Я УПАДУ!».
ЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЦЕПТОРЫ РАВНОВЕСИЯ?Рецепторы вестибулярного аппарата находятся во внутреннем ухе. Они дают нам спасительное чувство равновесия. Малейший дефект мозга, приводящий к нарушению равновесия, имеет драматические последствия — люди все время будут с грохотом падать на землю.
Равновесие необходимо всегда — и в покое, и при движении. Вестибулярные рецепторы реагируют на наклоны и повороты человека, а также на угловые скорости наклонов и поворотов.
Голова, например, может поворачиваться вокруг трех пространственных осей:
• наклоняться вперед и назад;
• наклоняться влево и вправо;
• поворачиваться вокруг длинной оси тела.
Вся эта информация измеряется вестибулярными рецепторами и передается в мозг. Здесь есть любопытный момент. Когда мы крутим головой, нам кажется, что удержать равновесие очень просто. На самом деле, чтобы решить эту задачу, наш мозг осуществляет умопомрачительные математические вычисления. Он производит векторный анализ информации, определяет истинную ось вращения головы, вырабатывает итоговые сведения об ориентации черепа в пространстве, а также об угловых ускорениях, действующих на голову.
Полученные данные позволяют человеку при любых наклонах головы сохранять нужную позу и безошибочно выполнять движения. Они помогают мозгу правильно рассчитать время, порядок следования и интенсивность команд, управляющих тысячами мышечных клеток, реализующих всевозможные сложные движения и перемещения тела [10].
КАК ОРГАНИЗМ ПОЛУЧАЕТ ИНФОРМАЦИЮ О ВНЕШНЕМ МИРЕ?В нашем теле несметное количество рецепторов. Если сравнить мозг с генеральным штабом, множество рецепторов — это гигантская агентурная сеть, задача которой — добывать информацию. Словно лазутчики или тайные агенты, рецепторы внедряются в различные ткани и органы тела и снабжают генеральный штаб драгоценной разведывательной информацией.
Существует два мощных информационных потока, несущие в мозг:
• информацию о внешнем мире;
• информацию о внутренних органах.
В первую очередь нас интересует внешняя информация.
Экстероцепторы — биологические датчики, передающие в мозг известия об окружающем мире. Некоторые из них могут воспринимать информацию на расстоянии (зрительные, слуховые, обонятельные рецепторы). Для других нужен непосредственный контакт (рецепторы кожи и языка).
Слово «экстероцептор» буквально означает внешний приемник (экстер — внешний, рецептор — приемник). Все пять чувств, о которых знали еще древние люди, связаны с познанием внешнего мира и, следовательно, с экстероцепторами. Однако современная картина, как видно из таблицы 23, вносит много интересных подробностей. Из графы «Название рецепторов» видно, что все чувства используют 13 типов внешних рецепторов [10].
Таблица 23Зрение:: Зрительные рецепторы (палочки и колбочки) реагируют на свет.
Слух:: Слуховые рецепторы (волосковые клетки) реагируют на звук.
Осязание:: Кожные рецепторы (диски Меркеля) реагируют на прикосновение.
Осязание:: Кожные рецепторы (окончания Руффини) реагируют на прикосновение.
Осязание:: Кожные рецепторы (тельца Мейснера) реагируют на движение кожи.
Осязание:: Кожные рецепторы (рецепторы волосяных фолликулов) реагируют на движение кожных волос.
Осязание:: Кожные рецепторы (тельца Паччини) реагируют на вибрацию.
Осязание:: Кожные рецепторы (холодовые рецепторы) реагируют на холод.
Осязание:: Кожные рецепторы (свободные нервные окончания) реагируют на тепло.
Обоняние:: Рецепторы запаха (хеморецепторы в носу и глотке) реагируют на химические вещества.
Обоняние:: Рецепторы запаха (свободные нервные окончания тройничного нерва в носу) реагируют на химические вещества.
Вкус:: Рецепторы вкуса (хеморецепторы на языке) реагируют на химические вещества.[/code]
КАК ОРГАНИЗМ УЗНАЕТ О СВОИХ ДВИЖЕНИЯХ И ПОЗЕ?Отведите руку за спину, растопырьте пальцы, а затем сожмите в кулак. В этих простых движениях есть нечто удивительное.
В самом деле, пока рука находится за спиной, ее нельзя увидеть. Тем не менее мы совершенно точно знаем, в каком положении находятся пальцы — согнуты они, растопырены или сжаты в кулак. Откуда нам об этом известно?
Говорят, мы обладаем «мышечным чувством», которое информирует нас о положении мышц и суставов. Но что такое мышечное чувство?
Проприоцепторы — биологические датчики движения и позы, расположенные в суставах, сухожилиях, мышцах. Они посылают в мозг сведения о положении и движении костей в суставах, о степени напряжения мышц и растяжении сухожилий.
Это нужно, чтобы безошибочно управлять движениями тела — ходить не спотыкаясь, чесать нос, не попадая при этом в глаз, а также поддерживать нужную позу. Ведь без контроля позы со стороны двигательной системы человек беспомощно упадет, как боксер в нокауте.
С работой проприоцепторов сочетаются сигналы от вестибулярного органа. Это позволяет определять положение тела в поле земного притяжения — сохранять равновесие при любых сложных движениях и наклонах головы. Благодаря проприоцепторам мы приобретаем сразу четыре способности:
• чувство позы;
• чувство движения;
• чувство силы;
• чувство тела.
Поза определяется углом расположения костей в каждом суставе.
Правило двух костей гласит: «Две скелетные мышцы идут от одной кости к другой через соединяющий их сустав».
Если сокращается одна мышца, угол между костями уменьшается, если другая — угол увеличивается. Это легко понять на примере руки: когда сокращается первая мышца (сгибатель), рука сгибается. Когда в работу вступает вторая мышца (разгибатель), рука разгибается.
Чувство позы состоит в том, что мы — даже с закрытыми глазами — осознаем углы между костями в суставах, а значит, и относительное положение частей тела.
При изменении положения сустава, то есть при движении костей и изменении угла между ними мы воспринимаем и направление, и скорость этого движения. Это и есть чувство движения.
Давайте поднимем несколько предметов, например, чемоданов. Мы довольно быстро сумеем сказать, какой из них тяжелый, а какой — легкий.
Чувство силы означает, что мы ощущаем степень мышечного усилия, нужного для выполнения движения или поддержания позы. Благодаря этому чувству мы достаточно хорошо оцениваем вес предметов, поднимая их рукой.
Сочетание информации, поступающей от кожи и суставов, создает наше субъективное представление о собственном теле. Мы ощущаем свое родное тело как единое целое, хорошо чувствуем его границы и положение в пространстве. Это и есть чувство тела [10].
ВНУТРЕННИЕ ОЧИ ОРГАНИЗМАПожилые люди частенько жалуются: «Ах, у меня опять подскочило давление! Голова болит ужасно. Я просто умираю!»
А почему, собственно, повысилось давление? Почему оно то повышается, то понижается? И самый главный вопрос: почему у здоровых людей давление в норме? Какая неведомая сила ухитряется регулировать давление, делая его нормальным и обеспечивая хорошее самочувствие?
Суть в том, что в человеческом организме есть «секретный» регулятор давления, о существовании которого мы обычно даже не подозреваем. Впрочем, секрет раскрывается очень просто.
В стенках крупных внутригрудных и шейных артерий расположены многочисленные датчики (барорецепторы), которые умеют измерять кровяное давление и передавать полученные данные в мозг. Последний как заправский волшебник регулирует давление крови, удерживая его в заданных пределах.
Предположим, датчики сообщают: «Внимание! Давление увеличилось!» В ответ нервная система выдает точно рассчитанные управляющие приказы. Вследствие этого специальные мышцы расширяют кровеносные сосуды, а также уменьшают частоту и силу сокращений сердца. В результате кровяное давление уменьшается и нормализуется.
В нашем организме много различных систем. В каждой из них есть множество датчиков, которые заботятся об исправной работе наших внутренностей. Такие датчики называются «интероцепторы» (интеро — внутренний, рецептор — приемник).
Подведем итоги. Интероцепторы — чувствительные элементы, передающие в нервную систему информацию о состоянии внутренних органов (желудка, легких, сердца и т. д.). Эта информация необходима для работы систем автоматического (бессознательного) управления пищеварением, дыханием, кровообращением и т. д.
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЦЕПТОРОВМы убедились, что рецепторы — важная и полезная вещь. К сожалению, они получили варварские и труднопроизносимые названия, которые можно выучить только на спор. Поэтому нелишне напомнить, что все рецепторы, которые есть в нашем организме, делятся на три группы:
• экстероцепторы;
• проприоцепторы;
• интероцепторы.
Для удобства читателей эти сведения в наглядном виде представлены на рис. 123.
ВОЛШЕБНЫЕ ОЧКИ КИБЕРНЕТИКИДве замечательные науки — анатомия и физиология — пытаются ответить на вопрос: как устроена и как работает биологическая машина нашего тела? Ученые накопили огромное количество ценнейших сведений, полученных с помощью анатомии и физиологии.
Все бы хорошо, да вот беда: объем знаний безостановочно растет. Анатомические и физиологические данные громоздятся друг на друга, превращаясь в египетскую пирамиду фактов, которая вызывает ужас у студентов-биологов и медиков. Не только студентам, но и специалистам порою кажется, что анатомия, физиология и другие разделы биологии — это необозримый дремучий лес, в котором легко заблудиться и почти невозможно отыскать спасительную тропинку, ведущую к истине.
А нельзя ли проложить в этом лесу просторные и удобные просеки? Нельзя ли превратить запутанную мозаику фактов в стройную и понятную картину? Как отделить суть дела от второстепенных деталей? Существует ли заветный ключик к тайнам анатомии, физиологии и других биологических наук, позволяющий разобраться в буреломе мелких подробностей, выявить скрытую структуру фактов, сделать ее наглядной и описать простым и ясным языком?
Таким языком обладает кибернетика. Полвека назад Норберт Винер изложил основные идеи кибернетики, продемонстрировав общность процессов управления в животном и машине [14].
С тех пор неоднократно предпринимались попытки применить кибернетические идеи к разгадке тайны человека. Успехи нейробиологии и других наук дали для этого обильную пищу. Однако завершенная и общепризнанная теория человека до сих пор отсутствует. На этих страницах мы попробуем изложить свое понимание проблемы, предполагая, что именно кибернетика может дать заветный ключ к пониманию загадки человека.
ТРИ ИНТРИГУЮЩИХ ВОПРОСАЕсли взглянуть с кибернетической колокольни, важную роль играют следующие вопросы:
• Как устроена система управления человеческим телом?
• Где находится ее информационный вход?
• Где находится ее силовой выход?
Мы рассматриваем эти вопросы как мощные прожекторы, ослепительные лучи которых проникают в мельчайшие поры анатомии и физиологии. В результате горы накопленных ими фактов предстают в совершенно ином свете. Суть в том, что кибернетические прожекторы позволяют увидеть сходное в различном.
В самом деле, что общего между фоторецептором глаза, волосковой клеткой уха и датчиком растяжения, спрятанном в сухожилии? На первый взгляд — ничего, ведь анатомически эти клетки не похожи. Но кибернетика подсказывает, что все они относятся к классу рецепторов, так как выполняют единую функцию — функцию сбора информации.
Благодаря кибернетическому подходу среди множества клеток нашего тела можно выделить две ключевые группы: рецепторы и эффекторы. Первые символизируют информационный вход системы управления, вторые — ее силовой выход.
Легко догадаться, что между рецепторами и эффекторами есть связь. Эту связь осуществляет нервная система и ее центральный элемент — мозг.
Однако это, казалось бы, очевидное утверждение нуждается в уточнении. Необходимо учесть, что в управлении нашим организмом участвует еще один игрок, который до сих пор прятался за кулисами. Имя этого игрока — эндокринные железы.
ЭНДОКРИННЫЕ ЖЕЛЕЗЫ КАК УПРАВЛЯЮЩИЕ ПРИБОРЫВыше шла речь о железах, которые вырабатывают слезы, слюну, пот, желудочный сок и т. д. Но существуют особые железы, которые выделяют удивительные информационные молекулы — гормоны. Такие железы называются эндокринными.
Гормоны — химические «телеграммы», которые передаются к исполнительным органам (эффекторам) не по нервам, а по кровеносным сосудам — вместе с током крови. Гормон похож на бутылку с важной запиской, которую бросили в реку. В нужном месте бутылку ловят, распечатывают и исполняют заложенный в ней приказ.
Гормоны несут важные команды, управляющие различными органами и клетками нашего тела. В качестве гормонов чаще всего используются специальные белки.
Эндокринная система (состоящая из эндокринных желез и путешествующих по телу гормонов) — это химическая информационная система, служащая для передачи химических сообщений, которые управляют жизненными функциями и процессами.
Несколько примеров. Гормон роста (соматотропин) отвечает за рост новорожденного. Благодаря этому чудо-гормону ребенок постепенно увеличивается в размерах и становится большим взрослым человеком. Если гормона не хватает, происходит семейная трагедия: дети превращаются в карликов — людей очень маленького роста, но нормального телосложения.
Одна из эндокринных желез — щитовидная — имеет форму галстука-бабочки. Она находится под кожей примерно в том месте, где такой галстук обычно носят. Эта железа вырабатывает несколько гормонов, в частности тироксин. «Поломка» щитовидной железы влечет за собой серьезные неприятности. Нехватка тироксина с момента рождения ведет к кретинизму, который выражается в задержке роста и умственного развития. К счастью, если выявить заболевание на ранней стадии, можно добиться восстановления роста и развития, используя лекарства, содержащие тироксин [10].
Подведем итоги. Передача приказов и сообщений из мозга в исполнительные органы производится двумя способами:
• мозг выдает команду, которая по нерву передается к адресату;
• команда мозга возбуждает эндокринную железу, которая превращает ее в поток химических приказов (гормонов), пересылаемых куда надо по кровеносным сосудам.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ ТЕЛОММы выяснили, что эндокринная система — информационная система управления. Она работает в тесном союзе и под руководством нервной системы. Более того, с точки зрения кибернетики следует говорить не о двух системах (нервной и эндокринной), а о единой нейроэндокринной системе.
Данная система является высшей командной инстанцией. Она осуществляет обработку огромных массивов информации, поступающих от органов чувств, и управляет всеми системами человеческого тела.
Далее вместо сложного термина «нейроэндокринная система» мы будем — для простоты — использовать слово МОЗГ, написанное заглавными буквами.
Как показали последние исследования, МОЗГ — это целая вселенная, в которой протекают процессы головокружительной сложности. Однако ее информационная суть, думается, ясна.
Как уже отмечалось, МОЗГ представляет собой биологический компьютер, информационную машину.
С учетом этих оговорок можно сказать, что система управления человеческим телом включает в себя следующие блоки:
• рецепторы;
• МОЗГ;
• эффекторы.
Эта мысль весьма важна. Оказывается, миллионы разнообразных клеток, которые при поверхностном анатомическом анализе имеют очень мало общего, можно с полным правом объединить в три смысловые группы. Получается исключительно простая структура системы управления телом, включающая три элемента. (В качестве легкого упражнения рекомендуем читателю найти эти элементы на рис. 124.)
КАК ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ РЕЦЕПТОРЫ, МОЗГ И ЭФФЕКТОРЫ?Образно говоря, три слова — рецепторы, МОЗГ, эффекторы — это волшебный пароль, с помощью которого мы можем вплотную приблизиться к разгадке тайны человека. Попытаемся осмыслить сказанное.
В человеческом теле 1000 триллионов клеток. Если клетки будут действовать вразнобой, начнется хаос, и жизнь станет невозможной. Поэтому все клетки организма должны «шагать в ногу», работать согласованно. Для этого нужен «командир», управляющий прямо или косвенно всеми клетками организма. Эту роль выполняет система управления телом, которая решает чрезвычайно сложную задачу. Каким образом?
Выявленная нами 3-элементная структура системы управления позволяет отчасти прояснить ситуацию. Процесс получения и обработки информации начинается с рецепторов, которые в составе системы управления играют особую роль. Человек живет в океане информации. В теле находятся миллионы рецепторов, которые снабжают нас сведениями на все случаи жизни. Рецепторы — окно в мир.
Краски, звуки и запахи жизни, фейерверк впечатлений, водоворот людских страстей, стремительная лавина повседневной информации, несметные сокровища науки и искусства, таинственные уголки планеты, ошеломляющий калейдоскоп жизненных ситуаций… Все это мы воспринимаем через датчики информации — рецепторы.
Кроме того, рецепторы — это окно, через которое наш мозг зорко смотрит внутрь собственного тела. Оттуда он черпает ценнейшую «невидимую» информацию, которая помогает ему контролировать точность движений и управлять слаженной работой внутренних органов.
Собранная рецепторами информация поступает в МОЗГ. Последний все время испытывает информационный голод. Без постоянного притока свежей информации он не может нормально функционировать и управлять жизненными процессами.
Каждую минуту в МОЗГ поступают горы информации, собранные легионами рецепторов. МОЗГ оценивает обстановку, сортирует, выделяет главное, игнорирует одни сообщения (как несущественные), анализирует другие. Он обращается к ранее полученным донесениям, обрабатывает их с помощью хитроумных алгоритмов и отдает точно рассчитанные управляющие команды, которые поступают для исполнения в эффекторы.
Некоторую часть информации (наиболее важную или наиболее эмоционально окрашенную) мозг сохраняет в памяти, где она хранится как драгоценный приобретенный опыт.
ВРОЖДЕННАЯ И ПРИЖИЗНЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯИнформация, которой обладает человек, делится на врожденную и прижизненную.
В какой момент он получает врожденную информацию? В тот момент, когда его по сути дела еще нет. Точнее говоря, в тот таинственный миг, когда человек только начинает свой земной путь в виде одной-единственной клетки. Это тот самый миг, когда в результате полового акта его родителей образовалась оплодотворенная яйцеклетка. Именно в ней соединились перемешанные гены отца и матери и сформировался личный, уникальный, генетический код нового человека, который и является врожденной информацией.
Вся остальная информация, которую человек получает, будет уже не врожденной, а прижизненной. Рецепторы работают безостановочно и снабжают мозг информацией непрерывно в течение всей жизни, от рождения до смерти. Интегральная информация, поступившая в мозг от рецепторов, постоянно увеличивается за счет новых порций. К ранее накопленному опыту добавляется опыт каждой новой прожитой минуты, каждого дня, каждого года.
Используя компьютерный жаргон, можно сказать, что мозг имеет два информационных входа: на первый поступает генетический код, на второй — прижизненная информация. Мозг впитывает информацию из обоих источников и формирует команды, управляющие эффекторами. На рис. 125 видно, что поведение человека зависит от этих двух переменных.
ГИБКИЕ МЕЖНЕЙРОННЫЕ СВЯЗИМежнейронные связи делятся на две группы: жесткие и гибкие.
Жесткие связи заданы генетически. Они не зависят от прижизненного опыта. Слово «жесткие» подчеркивает тот факт, что эти связи нельзя изменить с помощью обучения и воспитания. Если бы в мозгу были только жесткие связи (и не было гибких), человек был бы круглым идиотом, не способным к обучению.
Гибкие связи зависят не только от генов, но и от прижизненных фактов, событий и известий. Они служат для запоминания новой информации. Именно гибкие связи делают человека человеком. Именно они позволяют ему учиться, приобретать опыт, набираться ума-разума.
Оба типа межнейронных связей являются необходимыми. Например, к моменту рождения человек должен уметь дышать. Для этой цели в организме предусмотрена система управления дыханием. В мозгу же имеется группа жестких межнейронных связей, в которых закодирована программа управления дыханием. Эта программа является врожденной и неизменной. Она встроена в мозг по генетическим «чертежам».
ЧТО ТАКОЕ КОНСТРУКЦИЯ МОЗГА?С точки зрения анатомии конструкция мозга представляет собой два полушария, состоящие из коры, подкорки и мозжечка. Говоря более строго, различают передний, средний и задний мозг. Передний мозг содержит кору, миндалину, гиппокамп, базальные ганглии и перегородку. Средний и задний мозг также имеет сложную структуру. Подобное деление мозга на составные части является весьма полезным.
Однако есть и недостаток. Анатомия описывает внешнюю сторону дела и не позволяет раскрыть глубинную суть работы мозга, его, так сказать, главный секрет.
С точки зрения кибернетики понятие «конструкция мозга» трактуется совершенно по-другому.
Основополагающими конструктивными элементами мозга следует считать гибкие межнейронные связи, поскольку именно они играют ключевую роль при запоминании новой информации и приспособлении к изменяющейся среде обитания. Гибкие межнейронные связи выполняют важнейшие функции:
• играют роль долгосрочной памяти, обеспечивающей запоминание и хранение прижизненного опыта;
• определяют маршруты, по которым в мозгу передаются потоки «умной» информации.
ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ МОЗГ ОТ КОМПЬЮТЕРА?В компьютере электрическая связь между микросхемами задается раз и навсегда при его изготовлении. Во время эксплуатации компьютера она не меняется. Соединительные проводники компьютера не могут по своей инициативе отпаяться от данной клеммы и перепаяться на соседнюю. У микросхемы не может вырасти не предусмотренный конструкцией новый вывод. Тем более он не может, подобно извивающемуся щупальцу, проползти по печатной плате и присоединиться в каком-то другом месте. Это принципиально невозможно. Самовольные путешествия контактов в компьютере — абсурд, нелепость, нонсенс (таблица 24).
Таблица 24
В ЧЕМ РАЗЛИЧИЕ КОМПЬЮТЕРА И МОЗГА?Конструкция (монтажная схема) компьютера не меняется в течение срока службы.
При записи новой программы в компьютер его конструкция не меняется.
У мозга не так. Конструкция (монтажная схема) мозга на протяжении жизни постоянно изменяется.
Запись в мозг существенно новой программы реализуется путем изменения его конструкции.
Если лишить мозг способности менять свою конструкцию под действием новой информации, человек потеряет способность к обучению.
То, что абсурдно для компьютера, вполне естественно для мозга. Некоторые связи между нейронами могут дегенерировать и отмирать, другие — возникать, развиваться и изменяться.
Постоянная модификация соединений в межнейронной сети — нормальный процесс работы мозга. На протяжении жизни в мозгу человека идет процесс разрушения старых синапсов и образования новых. Именно поэтому мышление и поведение человека все время сохраняют гибкость. Хотя молодой мозг перестраивается все-таки легче, чем старый [11, 12].
ГИПОТЕЗА ОБ УВЕЛИЧЕНИИ СКОРОСТИ МОЗГАДва поселка разделяет широкая река. Если до ближайшего моста 100 км, значит, автомобильный путь от одного городка до другого составит 200 км. Но если построить в нужном месте мост, расстояние между поселками сократится почти в 200 раз.
Короткая дорога — великое дело! Стремясь выиграть время и деньги, люди постоянно спрямляют дороги, устраняют объезды. Им свойственно прокладывать скоростные магистрали, прорубать тоннели в скалах. И все для того, чтобы сэкономить время в пути, заменить длинную дорогу короткой.
Чтобы добиться успеха, надо уменьшить длину маршрута — это универсальный принцип, имеющий прямое отношение к улучшению работы мозга. Убедимся в этом.
Маршрут — цепочка связанных между собой нейронов, по которой движется информация в процессе решения задачи. Допустим, при работе мозга поочередно срабатывают девять нейронов (рис. 126).
В этом случае информация от начального нейрона А до конечного нейрона К передается по длинному маршруту АВСDEFGHК.
Чем плох длинный маршрут? Известно, что, получив входной сигнал, нейрон срабатывает не сразу, а с некоторой задержкой. Чем больше нейронов в цепочке, тем больше суммарная задержка, тем медленнее работает мозг.
Предположим, у нас есть волшебная палочка, по мановению которой мы можем проложить между нейронами А и К новый, прямой и короткий путь АК, которого раньше в мозгу не было. Изюминка в том, что время прохождения сигнала по маршруту АК в несколько раз меньше, чем по длинному маршруту АВСDEFGHК.
Таким образом, волшебная палочка, уменьшающая длину внутримозговых маршрутов, позволила бы значительно увеличить скорость работы мозга. Эти соображения позволяют выдвинуть предварительную гипотезу.
Цитата:
ГИПОТЕЗА
Если маршрут длинный (в цепочке много нейронов), мозг решает задачу медленно. Если же маршрут короткий (в цепочке мало нейронов), мозг решает задачу быстро.
Чтобы увеличить скорость работы мозга, нужно заменять длинные маршруты (когда информация проходит по цепочке из многих нейронов) на короткие (когда информация проходит по цепочке, содержащей мало нейронов).
ОБСУЖДЕНИЕ ГИПОТЕЗЫВспомним некоторые факты, о которых шла речь в главе 6. Мы говорили, что замена римских чисел на арабские дала возможность резко увеличить производительность труда при выполнении арифметических действий.
Мы объясняли это тем, что римская запись громоздка и неудобна для расчетов, а арабская, наоборот, облегчает умственный труд. Глубинная же причина состоит в том, что зрительная форма представления информации имеет огромное значение для улучшения мышления. Изменяя форму, можно заметно увеличить скорость мозга.
Теперь мы имеем возможность объяснить эту мысль более детально. По-видимому, овладение системой римских цифр и расчетов формирует в мозгу длинные и громоздкие маршруты из многих нейронов, что тормозит его работу. А переход к арабской системе играет роль волшебной палочки, позволяющей проложить в мозгу более удобные и короткие связи.
Если это верно, то победа арабских цифр над римскими имеет серьезный нейробиологический фундамент. Переход к арабской системе счисления действительно ускоряет работу мозга за счет того, что при арифметических расчетах мозг использует более короткие и выгодные маршруты обработки информации.
Рассмотрим еще один пример. В главе 9 было сказано, что если изобразить сложную проблему на языке ДРАКОН, наблюдается неожиданный эффект.
Хорошо знакомая задача на глазах резко упрощается и становится ясной, четкой и обозримой. Прежде скрытые ошибки становятся видны как на ладони. Язык ДРАКОН позволяет представить громоздкую и трудную задачу в максимально удобной и наглядной форме по принципу «Взглянул — и сразу стало ясно!». Все это значительно облегчает работу ума при разработке и эксплуатации алгоритмов, повышает производительность умственного труда.
Как объяснить этот факт? Можно сделать предположение: при традиционных методах записи алгоритмов наш мозг использует для обработки информации неудачные и запутанные маршруты.
При работе с языком ДРАКОН положение круто меняется. Происходит процесс выращивания в мозгу более эффективных новых связей, более короткого пути между начальным нейроном А и конечным нейроном К (рис. 126). Что значит более короткий путь? Это значит, что количество промежуточных нейронов, находящихся между А и К, значительно сократилось, а качество синапсов улучшилось.
Нам кажется, что рассмотренная ситуация является довольно типичной. При выполнении сложной интеллектуальной работы человек использует различные профессиональные языки. Чем они удобнее и эргономичнее, тем сильнее растет производительность и результативность мозга. Как это объяснить? Согласно нашей гипотезе повышение скорости выполнения умственных операций объясняется тем, что в мозгу работника образуются новые, более короткие (состоящие из меньшего количества нейронов) маршруты передачи информации.
ДВЕ КОНКУРИРУЮЩИЕ ТЕОРИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ ПРИНЦИП
ДЕЙСТВИЯ ДОЛГОСРОЧНОЙ ПАМЯТИКак устроена долгосрочная память мозга? По этому поводу в науке нет единого мнения. Ученые предлагают 2 существенно отличающихся ответа.
Ответ 1. При запоминании новой информации в мозгу прорастают новые межнейронные отростки и синапсы. Эта точка зрения подробно описана выше.
Ответ 2. При запоминании новой информации рост новых отростков никогда не происходит. Он просто не нужен.
Почему не нужен? Потому что межнейронная сеть заранее создана с большим запасом. В ней уже есть все связи, которые могут понадобиться для запоминания любой возможной информации.
Однако до поры до времени эти связи не используются и находятся в резерве в неактивном состоянии. То есть межнейронные отростки не участвуют в работе мозга и как бы мертвы. При запоминании новой информации «мертвецы» оживают, переходят в активное состояние и включаются в работу [15].
Легко заметить, что описанные варианты имеют важные общие черты. В обоих случаях:
• Носителем долгосрочной памяти являются межнейронные связи.
• Межнейронные связи делятся на жесткие и гибкие.
• Жесткие связи заданы генетически.
• Новая информация запоминается с помощью гибких связей.
Отличие между концепциями связано с принципом образования гибких связей.
В первом случае предполагается, что до начала процесса запоминания гибкие связи отсутствуют. Они прорастают в виде новых межнейронных отростков и синапсов, которых раньше в мозгу не было.
Во втором случае гибкие связи анатомически уже существуют в мозгу. Однако они в работе мозга не участвуют. В чем же заключается их гибкость? В том, что в процессе запоминания новой информации они резко изменяют свое состояние, превращаясь из пассивных «мертвецов» в активных участников мозговой деятельности.
Каким образом происходит эта метаморфоза? Мы не можем обсуждать здесь этот интересный вопрос и отсылаем желающих узнать ответ к работам [15—17].
В заключение сделаем важное замечание. Содержание этой главы не зависит от выбора той или иной гипотезы о природе гибких связей. Мы предпочли первую гипотезу только из соображений наглядности — чтобы сделать материал легким для читателя. При выборе второй гипотезы наши основные выводы полностью сохраняют силу.
ЧТО ТАКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ О МОЗГЕ?Материалы данной главы позволяют дать следующее определение.
Образование — это процесс формирования в мозгу учащихся новой системы гибких межнейронных связей, которые являются материальными носителями новых знаний, умений и навыков.
Откуда же берутся эти связи? Они «прорастают» и закрепляются в мозгу вследствие того, что в процессе учебы мозг школьников и студентов подвергается целенаправленным благотворным воздействиям. Имеется в виду мощный информационный поток, проникающий в мозг учащихся через разветвленную систему приемников информации — экстероцепторов и проприоцепторов (см. таблицу 23 и далее). При этом особую роль для развития и улучшения интеллекта играет диоинформация («божественная информация»).
Согласно предположению улучшение эргономичности диоинформации (диосцен и диорядов) — это, по-видимому, один из наиболее важных или даже главный рычаг управления ростом продуктивности человеческого мозга.
ВЫВОДЫ1. При решении проблемы интенсификации интеллекта целесообразно наряду с другими соображениями учитывать биокибернетический подход.
2. В рамках этого подхода человеческое тело рассматривается как биологическая машина, обладающая биологической системой управления (системой управления человеческим телом).
3. Система управления телом содержит три элемента:
• рецепторы;
• МОЗГ (нейроэндокринную систему);
• эффекторы.
4. Чтобы понять и усовершенствовать работу интеллекта, нужно выявить закономерности прохождения информации по тракту «рецепторы — МОЗГ — эффекторы».
5. Важная информация, поступающая через рецепторы, а также вырабатываемая внутри мозга, запоминается в долгосрочной памяти мозга.
6. Основополагающими конструктивными элементами мозга следует считать гибкие межнейронные связи. Эти связи:
• играют роль долгосрочной памяти, обеспечивающей запоминание и хранение прижизненного опыта;
• определяют маршруты, по которым в мозгу передаются потоки важной информации.
7. Маршрут — цепочка связанных между собой нейронов, по которой движется информация в процессе решения задачи.
8. Длина маршрута — число поочередно срабатывающих нейронов в нейронной цепи.
9. Чем больше длина маршрута, тем больше времени требуется для последовательного срабатывания входящих в него нейронов.
10. Скорость работы мозга зависит от длины внутримозговых маршрутов: если маршрут длинный (в цепочке много нейронов), мозг решает задачу медленно, если короткий — быстро.
11. Чтобы увеличить скорость работы мозга, нужно заменить длинные маршруты (когда информация проходит по цепочке из многих нейронов) на короткие.
12. При поступлении в мозг новой информации гибкие межнейронные связи могут перестраиваться.
13. Гипотеза: в ходе перестройки длинные гибкие связи (проходящие через много нейронов) могут замещаться короткими (содержащими мало нейронов). Вследствие этого скорость мозга увеличивается.
14. В предыдущих главах приводились примеры использования новых искусственных языков, позволяющих увеличить скорость работы мозга. В этой главе изложен предполагаемый нейробиологический механизм этого явления. Согласно развиваемой гипотезе повышение скорости выполнения умственных операций объясняется тем, что в мозгу работника образуются новые, более короткие (состоящие из меньшего количества нейронов) маршруты передачи информации.
15. Исследование внутримозговых процессов, позволяющих увеличить скорость работы мозга, открывает новое перспективное направление в изучении нервной системы.
16. Научные исследования мозга и нервной системы можно условно разбить на три этапа.
• На первом этапе усилия были направлены преимущественно на решение медицинских задач в целях предотвращения и лечения различных болезней.
• На втором этапе знания о работе мозга стали использовать в технике при изучении и создании систем искусственного интеллекта.
• Сегодня перед наукой ставится принципиально новая задача: развернуть еще один фронт нейробиологических и иных исследований, ориентированных на решение проблемы интенсификации интеллекта и повышение скорости мыслительных процессов.
ЛИТЕРАТУРА1. Паронджанов В. Д. Как улучшить работу ума: Алгоритмы без программистов — это очень просто! — М.: Дело, 2001. — Гл. 20.
2. Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию. — М.: Мир, 1995. — С. 272—322.
3. Кэндел Э. Р., Хокинс Р. Д. Биологические основы обучения и индивидуальности // В мире науки — 1992. — № 11—12. — С. 51.
4. Селко Д. Дж. Стареющий мозг // Там же — С. 94.
5. Гольдман-Ракич П. С. Оперативная память и разум // Там же — С. 63.
6. Фишбах Дж. Д. Психика и мозг // Там же. — С. 13, 17.
7. Калил Р. Э. Формирование синапсов в развивающемся мозге // В мире науки. — 1990. — № 3. — С. 33.
8. Дорфман Я. Г., Сергеев В. М. Нейроморфогенез и модели мира в сетях нейронных процессоров. В кн.: Интеллектуальные процессы и их моделирование. — М.: Наука, 1987. — С. 47—56.
9. Шатц К. Дж. Развивающийся мозг // В мире науки. — 1992. — № 11—12. — С. 23.
Вход
FAQ
Поиск
В сущности, всё к тому же, что обсуждается в