Исследование полевой концепции механизма сознания

1 – головной мозг; 2 - Аппарат афферентного синтеза;

3 – Аппарат акцептора действия

ОА – обстановочная афферентация;

Итак, ААС – фрагмент функциональной системы – категория нематериальная, оперирующая материальной сущностью (головной мозг и в целом - некоторая часть ЦНС), целенаправленно контролирующая и управляющая процессами жизнеобеспечения организма, (включая психические), приема, обработки, хранения и "утилизации" информации.

Современная концепция психофизики рассматривает в качестве механизма сознания функционирование некоего Биокомпьютера сознания (БКС). В нашем понимании БКС – некое материальное двухуровневое "устройство", в функцию которого входит обработка, отбор и хранение информации, необходимой для процессов жизнеобеспечения организма, в том числе психических процессов мышления, сознания, творчества и т.д. На уровне головного мозга БКС охватывает участвующие в психических процессах клеточные структуры коры головного мозга и его стволовых структур – компонентов лимбической системы, таламуса и др., в которых поступающая афферентная информация при постоянном участии ретикулярной формации подвергается первичной обработке – формированию эмоций и т.д.

На полевом уровне БКС представлен характеристическим полем коры головного мозга, являющимся, по-существу, информационным полем физического вакуума (ФВ). Мы назовем его "Процессором". Работа Процессора основана на взаимодействии характеристических полей клеточных структур коры, входящих в качестве подсистем в характеристическое поле коры головного мозга. Долговременная память реализуется на полевом уровне. Ее существование обусловлено свойством информационных полей сохранять информацию неопределенно долго во времени в виде фантомов, когда сам источник информации уже не существует.

В функциональном плане между БКС и ААС существует принципиальное различие, заключающееся в том, что ААС рассматривается (по Анохину) как компонент функциональной системы, обеспечивающей жизнедеятельность целого организма. В задачу ААС входит определение важнейшей сиюминутной потребности организма (определение цели) путем анализа и синтеза всей афферентной информации, поступающей в верхние отделы головного мозга с учетом пережитого опыта.

БКС мы рассматриваем как некий инструмент, обеспечивающий реализацию указанной задачи. БКС входит в Аппарат афферентного синтеза в качестве его материальной основы.

БКС выполняет:

- прием афферентной информации о состоянии окружающей среды и организма;

- обработку (кодирование) всей афферентной информации, поступающей с клеточного и полевого уровней, насыщение ее дополнительными модами, например эмоциональной составляющей;

- анализ и выбор оптимальных вариантов на основе приобретенного опыта с привлечением долговременной памяти;

- функционирование кратковременной памяти;

- хранение информации на полевом уровне в архивах долговременной памяти.

В задачу Аппарата афферентного синтеза входит подготовка и принятие решений на основе интеграции информации, поступающей с клеточного и полевого уровней БКС (по Анохину - "Мотивация"). ААС организует функционирование БКС. В частности, на полевом уровне ААС контролирует выборку информации, хранящейся в архивах долговременной памяти, перенос информации с клеточного уровня на полевой и с полевого на клеточный уровень.

Из всего сказанного следует:

Функция Процессора – механизма БКС на полевом уровне – заключается в подготовке информации на уровне подсознания к участию в осознанной психической деятельности индивида. Разобщение кооперативной деятельности механизмов полевого и клеточного уровней БКС ведет к прекращению осознанной психической деятельности, разрушению личности. Итак:

Одна из основных особенностей строения коры заключается в по-

слойном распределении нервных клеток и их связей. Нейрокортекс человека включает, как правило, 6-7 слоев клеток.

Другой особенностью строения нейрокортекса является существование морфофункциональной единицы коры – нейронного комплекса, называемого "колонкой", который проходит через все слои коры.

Считается, что слои I у поверхности коры и IV являются "входами" в кору, они состоят, в основном, из элементов, воспринимающих афферентную информацию.

В мелкоклеточном внешнем зернистом слое II происходит обработка поступающей из них афферентной информации. Среднеклеточный – ассоциативный слой III связывает между собой различные корковые зоны.

Афферентная (слои I-IV) и эфферентная (слои V и VI) зоны коры существенно разнятся не только по морфологическим показателям клеточных элементов, но, как будет показано ниже, по электрофизиологическим показателям и физиологическим процессам, которые в них происходят. Учитывая такое различие и переходя от рассмотрения рецептивного поля к коре головного мозга в целом, мы приходим к выводу, что материальная база Процессора – весь его элементный состав, участвующий в полевом процессе обработки афферентной информации, ее анализе и синтезе, локализован в верхних слоях коры.

Поскольку ранее никакие исследования, связанные с Процессором БКС, не проводились, и данные по дислокации его клеточных структур отсутствуют, при дальнейшем рассмотрении чисто спекулятивно мы примем, что афферентный вход в Процессор, реализующий перенос информации с клеточного уровня на полевой, осуществляется звездчатыми клетками, расположенными в слое II. Функцию эфферентного выхода Процессора – переноса информации с полевого уровня на клеточный – осуществляют клетки (возможно!) III и/или
IV слоев. Из Процессора эфферентная информация поступает в различные области коры и в нижние отделы головного мозга, входящие в состав БКС.

1.4 Структуры Процессора БКС и их функции
Изучение полевого компонента механизма психической деятельности должно быть начато с выявления структур коры головного мозга, вовлеченных в его работу – элементной базы Процессора. К основным функциям этих структур относятся:

- участие в переводе дискретной формы информации в аналоговую;

- участие в переносе афферентной информации, поступающей с клеточного уровня от рецепторов и из физического вакуума на полевой уровень;

- обработка информации в аналоговой форме, основанной на спин-спиновых взаимодействиях характеристических полей клеток-афферентов, входящих в состав элементной базы Процессора и спин-торсионных взаимодействий этих полей с информационными полями физического вакуума;

- участие в переводе аналоговой формы информации в дискретную и переводе эфферентной информации с полевого уровня характеристических полей на уровень клеточных структур головного мозга.

Зададимся вопросом, какие структуры коры головного мозга участвуют в феноменах полевых информационных взаимодействий в составе Процессора? Очевидно, что критерием для отбора этих структур на предмет их возможного участия в создании образа внешней среды на полевом уровне является наличие признаков, свидетельствующих о способности структуры, представленной на полевом уровне характеристическим ТП:

а) служить индикатором возбужденного состояния структурной единицы, например, нервной клетки;

б) нести пространственно-временную информацию о дислокации структурной единицы (клетки или группы клеток) в коре головного мозга;

в) участвовать в механизме кратковременной памяти;

г) участвовать в переносе эфферентной информации в долговре-

менную память и на уровень ФВ.

1.5 Нервная клетка как структурная единица Процессора
Афферентная информация, исходящая от специфических рецепторов анализатора, например зрительного или слухового, поступает на клеточный уровень БКС в нижние отделы головного мозга – в ретикулярную формацию, ядра гипоталамуса и таламуса, где она перекодируется в "релейных станциях" и снабжается дополнительной информацией. В новой модальности информация поступает в сенсорные зоны анализаторов (сенсорные области коры) и далее – в ее ассоциативные области.

При поступлении афферентной информации в кору головного мозга в сознании возникает отображение картины реального мира в виде образов – зрительного, слухового и т. д., а на всем пути ее продвижения в каждый данный момент в различных областях коры образуется определенное для этого момента сочетание ("мозаика") возбужденных структурных элементов, соответствующая данному образу.

Возникший в результате одновременного поступления в кору головного мозга афферентной информации, исходящей от рецепторных зон двух анализаторов, например звукового и светового, "Сложный образ" расширяет представительство мозаик в сенсорных и ассоциативных полях коры головного мозга. На полевом уровне в Процессоре сложный образ будет представлен характеристическим полем, в котором характеристические поля, соответствующие слуховому и зрительному образам корковых областей анализатора, являются подсистемами характеристического поля сложного образа.

Простейшим структурным корковым элементом мозаики является нервная клетка – нейрон. Именно в нейрон от различных структур головного мозга, например из ретикулярной формации, и от периферийных рецепторных клеток по проводящим каналам лимбической системы поступает поток афферентной информации, где она суммируется. Интегральный ответ нервной клетки – элемента мозаики – на всю афферентную информацию поступает на уровень полевой обработки в Процессоре. Ответная реакция Процессора в качестве эфферентной информации передается к нервным клеткам БКС для последующего этапа ее обработки или для исполнения (по Анохину, в «Аппарат акцептора действия»). Таким образом, для переноса информации на полевой уровень необходим признак элемента мозаики – активированной клетки. Этим признаком может явиться возбужденное состояние самой клетки, или аксона, проводящего нервный импульс.

К спиновым подсистемам нейрона относятся весь аксон в целом и его фрагменты, поскольку исходящий от нейрона и распространяющийся по аксону потенциал действия является индикатором возбужденного состояния нейрона. Возбуждение, передающееся по аксону клетки, можно рассматривать как вектор направленности информации, позволяющий отслеживать на полевом уровне динамику образов, поступающих на клеточный уровень с афферентной информацией. Этот вариант работы Процессора на этапе определения основных структур, участвующих на клеточном и полевом уровнях в работе механизма сознания, для упрощения изложения основной задачи исключен из рассмотрения.

Из изложенного следует: в качестве структурного элемента коры головного мозга, спиновая система которого в составе мозаики участвует в создании образа на полевом уровне, мы должны принять возбужденную нервную клетку. Признаком возбужденного состояния нейрона на уровне характеристических (спиновых) полей является измененный ионный состав цитоплазмы.

Нервная клетка лишь частично удовлетворяет критериям, предъявляемым к структурам, участвующим в механизме сознания на полевом уровне. Причина этого в следующем. Нейроны участвуют в переработке и переносе информации, характеризующей "качество" (модальность) афферентной информации, поступающей от рецепторов в кору головного мозга в виде нервных импульсов. Модальность информации закодирована длительностью серии нервных импульсов и частотой их следования. Длительность нервного импульса составляет порядка 1 мс. Таким образом, информация, переносимая нейронами, всегда дискретна. Между тем, условия функционирования Процессора требуют непрерывного режима его функционирования. Ниже мы вернемся к возможному решению этой проблемы.

1.6 О переносе информации с клеточного на полевой уровень
при участии одних только нервных клеток
Механизм переноса информации с клеточного уровня на полевой, на первый взгляд, достаточно прост: активированный нейрон как единое целое представлен на полевом уровне характеристическим полем, содержащим информацию о структуре его спиновой системы. Фрагменты возбужденного нейрона заданы на этом же уровне их характеристическими полями в качестве подсистем спиновой системы нейрона. Это в равной степени относится и к основному носителю признака возбужденного нейрона на полевом уровне – к его цитоплазме, в которой на весь период возбужденного состояния нейрона резко изменен ионный состав – повышена концентрация ионов натрия Na⁺ и понижена концентрация ионов калия К⁺. Продолжительность существования такого признака составляет порядка 1,5 мс.

Таким образом, дискретный характер афферентной информации, поступающей от рецепторов (например, из сенсорной зоны звукового анализатора) в его корковую зону и далее в ассоциативную область коры, обуславливает как дискретный характер информации о возбужденных нейронах в составе мозаики, переносимой на уровень характеристических полей, так и дискретность самого звукового образа, возникшего на полевом уровне.

С прекращением состояния возбуждения нейрона (выходом Na⁺ из клетки) звуковой образ на полевом уровне исчезнет. Продолжительность образа звукового сигнала в окружающей среде составит порядка 1,5 мс.

При синхронном поступления афферентной информации в слуховой и зрительный анализаторы, в ассоциативной коре на полевом уровне возникнет сложный образ продолжительностью 1-1,5 мс. Однако в случае запаздывания информации, поступающей от одного из анализаторов более чем на 1,5 мс, этот образ в составе единого характеристического поля, включающего подсистемы – характеристичес-кие поля, соответствующие звуковому и световому образам, не возникнет; функционирование Процессора – анализ и обработка поступающей разнородной афферентной информации на полевом уровне станет невозможным. К примеру, вспышка от выстрела, произведенного на расстоянии 100 м, и звук от него будут восприняты как два независимых события.

Проблема непрерывности отображения на полевом уровне всей афферентной информации была упомянута в п. 1.5. Необходимость ее представления в аналоговой форме связана с множеством источников, из которых она поступает на клеточный уровень БКС и далее в Процессор, и неопределенностью ее параметров – начала поступления в БКС, частоты нервных импульсов, продолжительности серии и т.д.
В этих условиях выработка адекватного ответа на события внешнего мира – их сравнительный анализ и оценка возможны только при одновременном участии в работе Процессора всей поступающей информации. Уже поступившая информация из одного анализатора должна "ожидать" поступление информации из другого анализатора.

Существующее представление о реверберации информации – циклическом ее возобновлении в определенных областях коры через определенные отрезки времени (например, через каждые 150 мс), никак не улучшает ситуацию. Информация по-прежнему остается дискретной, и механизмы гарантированного одновременного возникновения информации, поступающей по случайным каналам, в неких "информационных центрах" отсутствуют.

Из сказанного следует: система характеристических полей всех клеточных элементов мозаики должна отображать образ на полевом уровне. Однако участие одних только нервных клеток в составе мозаики образа не обеспечивает формирование Процессором адекватной оценки событий внешнего мира (в нашем примере – динамики зрительного и слухового образов), то есть нормальное функционирование механизма сознания. Основным условием функционирования Процессора, отражающего на уровне подсознания состояние (образы и процессы) окружающей среды, является перенос информации на полевой уровень в аналоговой форме, обеспечивающей в любой момент времени обработку всей информации, поступившей на вход Процессора.

Ниже показано, что проблема обеспечения процесса непрерывной обработки всей афферентной информации решается путем совместного участия в нем нервных клеток в сочетании с их сателлитами – деполяризованными глиальными клетками. В главе 2 будет рассмотрен механизм функционирования нейро-глиального комплекса в процессах мышления.

Литература
1. Смирнов В.И., Яковлев В.Н., Правдивцев В.А. Физиология центральной нервной системы. Изд. "ACADEMIA", М., 2005, С. 25.

2. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. Медицина, М., 1975, 467 с.

3. Walker E.H. The Nature of Consciousness. Mathematical Biosciences, 197O, vol. 7, (1/2), pp 131-176.

4. Акимов А.Е., Бинги В.Н. О физике и психофизике// Сознание и физический мир / Под ред. А.Е. Акимова, М., Изд-во агентства «Яхтс-мен», 1995. Вып. 1, с. 104 -125.

5. Акимов А.Е., Бинги В.Н. Компьютеры, мозг, Вселенная как физическая проблема // Сознание и физический мир / Под ред. А.Е. Акимова, М., Изд-во агентства «Яхтсмен», 1995. - Вып. 1, с. 126-136.

6. Бобров А.В. Торсионные модели в психофизике. ВИНИТИ, Деп. № 821-В97, М. 1997, 72 с.

7. Бобров А.В. Полевая концепция механизма сознания. Сознание и физическая реальность. Т. 4, № 3. Фолиум, М., 1999, с 47-59.

Глава 2. УЧАСТИЕ НЕЙРОГЛИИ В МЕХАНИЗМЕ

СОЗНАНИЯ
Функции сохранения на полевом уровне афферентной информации, поступающей с клеточного уровня, ее обработки и анализа выполняет нейроглия.

Кора больших полушарий, кроме нервных клеток – нейронов, содержит глиальные клетки, в том числе астроциты – 60 % от общего числа всех клеток, и олигодендроциты – 30 %, в изобилии окружающие нейроны и непосредственно с ними контактирующие. Оставшиеся 10 % приходятся на микроглию и эпендимные клетки*.

Количество глиальных клеток в коре на порядок больше количества нейронов – порядка 100-120 миллиардов. Несмотря на малые размеры, нейроглия занимает около 40 % объема головного мозга.

И нервные, и глиальные клетки представляют собой обособленные единицы. Мозг рассматривается как нейроно-глиальная система, в которой нейроны и глиальные клетки взаимодействуют. В коре головного мозга олигодендроциты граничат с элементами нервных клеток – с нервными волокнами, дендритами и телами нейронов, отделяясь от них щелями, ширина которых составляет 15-20 нм. Аналогично, с аксоном граничат швановские клетки.

Нейроглии первоначально приписывались скелетная и трофическая функции. Позже, путем исследования прямого ответа коры было показано, что глия оказывает непосредственное влияние на функционирование нейрона [1].

Корнмюллер в начале 50-х годов высказал предположение, согласно которому глия является генератором основных волн ЭЭГ [2]. Известно, например, что олигоглия совместно с нейронами ответственна за происхождение медленной спонтанной активности мозга – в генерации альфа-ритма.

Имеются многочисленные данные об увеличении числа глиальных клеток, расположенных вокруг функционирующих нейронов, а также скопления большого количества глиальных клеток-сателлитов, непосредственно прилегающих к нейронам в областях повышенной синаптической деятельности. О функциональной связи глиальных клеток-сателлитов с нервными волокнами, проходящими рядом с данным нейроном, сообщается в работе [3].

____________________

*Излагается по [1].

Существуют косвенные свидетельства непосредственного участия нейроглии в процессах психической деятельности. В этой связи необходимо отметить возрастное увеличение глиального индекса (отношения количества нейронов к количеству сателлитов) у животных с 0,2 до 0,95 на протяжении периода жизни от первых 10 суток до

Отметим любопытный факт: поле 39 левого полушария Эйнштейна, с которым связывают высшие мыслительные функции, содержало глионов – астроцитов и олигодендроцитов – на 78% больше, чем у обычных людей. В других обследованных областях мозг Эйнштейна не отличался по этому показателю от контроля [7].

Экспериментальные исследования конкретных механизмов участия нейроглии в процессах ВНД не проводились. Однако на основании накопленных фактов высказан ряд теоретических соображений, в основе которых лежат две взаимно противоположные точки зрения, каждая из которых совершенно оправдана и имеет глубокий смысл.

Первая из них принадлежит Экклсу, по мнению которого нейроглия влияет только на метаболические процессы, происходящие в синапсах [8]. Согласно второй, нейроглия коры головного мозга непосредственно участвует в процессах психической деятельности.

Галамбос полагал, что глие генетически свойственно программировать деятельность нейронов: нейроны выполняют «инструкции», полученные от глии [9, 10].

Пурпура [11] cчитал, что глия обеспечивает функциональную стабильность синаптической организации и участвует в формировании нервной деятельности.

По Сваллоу, глия регулирует рост и ветвление аксонов и дендритов [12].

Прибрам сообщает, что конусы роста нервных волокон направляются между делящимися олигодендроцитами. Глия, таким образом, определяет возникновение новых связей между нейронами, консолидируя следы памяти [13].

Глииз считал, что глиальные сателлиты нейронов обладают способностью «накапливать память» [14].

Ройтбак выдвинул гипотезу об образовании условных рефлексов на базе глиа-нейронных взаимодействий. В ее основе лежит миелинизация аксонов, преобразующая "предсуществующие" потенциальные связи в "актуальные" [1].

Аладжалова придавала важное значение ионным процессам, происходящим на поверхностях противостоящих глиальных и нейронных мембран [15].

Взаимодействие между нейронами и глиальными клетками с участием макромолекул межклеточного матрикса рассматривалось в работах Эйди. В процессах, ведущих к накоплению информации, мерой которого может быть изменение импеданса, триада глион-нейрон-межклеточное вещество представлялась как единое целое [16, 17].

Таким образом, представления ведущих исследователей-нейрофизиологов 20-го столетия о роли нейроглии в процессах психической деятельности чрезвычайно разнообразны, весьма неопределенны и часто противоречивы. Однако в большинстве своем они склоняются в пользу участия глиальных клеток в этих процессах. Эти представления не претерпели значительных изменений и в наши дни. Согласно Смирнову, "Процессы возбуждения в нейронах и электрические явления в глиальных клетках, по-видимому, взаимодействуют" ([18], стр. 53). И еще об участии глиальных клеток в механизме памяти: "По мере обучения животных глиальные клетки синтезируют специальные вещества, облегчающие синаптическую передачу, а также изменяющие возбудимость соответствующих нейронов. При обучении в глиальных клетках увеличивается содержание РНК. Некоторые авторы полагают, что клетки глии своеобразно программируют деятельность нейронов мозга" (там же, стр.20).

Сам факт существования множества взглядов и научных гипотез свидетельствует о том, что функции нейроглии до настоящего времени, по-видимому, не определены полностью. И это не удивительно, поскольку до середины 90-х годов о существовании полевого уровня механизма сознания имелись лишь смутные догадки и, тем более, никто не мог предположить, что все "странности" "молчащих" клеток определяются их ведущей ролью в функционировании на этом уровне полевого механизма сознания.

Необходимо подчеркнуть, что в основе представлений о функциях корковых глиальных клеток лежат результаты экспериментов на животных, которые надо рассматривать как модельные, поскольку они были получены в условиях острого опыта при глубоком наркозе, т.е. в условиях, при которых психическая деятельность была исключена. Экспериментальные исследования возможного участия нейроглии в процессах ВНД и ее участия в процессах БКС на полевом уровне не проводились. Это обстоятельство позволяет в рамках научной дискуссии высказать наше представление о возможной ведущей роли нейроглии в процессах психической деятельности в качестве основного субстрата функционирующих на полевом уровне механизмов памяти и сознания.

До изложения основных аргументов, подтверждающих высказанную гипотезу, мы приведем некоторые весьма существенные для дальнейшего рассмотрения электрофизиологические экспериментальные данные, непосредственно относящиеся к этому рассмотрению. В частности, важная информация о возможной топологии структурной базы полевого механизма сознания вытекает из результатов электрофизиологических экспериментов, в которых исследовался компонент прямого ответа коры – медленный отрицательный потенциал (МОП), возникающий при сильном прямом воздействии на кору головного мозга.