Сознание и мозг

Федеральное агентство по образованию РФ 

Национальный  Исследовательский 

Томский Политехнический Университет 
 
 
 
 
 
 

СОЗНАНИЕ  И МОЗГ

(реферат) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исполнитель

Никулин В.Е – студент

Группы 12400                                                                                  /                     / 
 
 

Проверил

Стародубцев В.А                                                                             /                   / 

02.12.2010 

Томск  2010

СОЗНАНИЕ  И МОЗГ

Возникновение сознания - одна из величайших тайн природы, над разрешением которой не одно тысячелетие бьются физики и писатели, философы и священнослужители, медики и психологи. В последние годы накопление знаний о работе мозга происходит очень быстро. Поэтому наука вплотную подошла к решению загадки сознания. Каков же современный взгляд на соотношение сознания и процессов, происходящих в мозге? Этот вопрос не из лёгких, однако современные технологии позволяют человеку наблюдать на процессом мышления и «наблюдать за мозгом».

Сознание человека - есть, по существу, его жизнь, состоящая  из бесконечной смены впечатлений, мыслей и воспоминаний. Загадка нашего мозга многопланова и затрагивает  интересы многих наук, исследующих  тайны бытия. Один из главных вопросов - как сознание связано с мозгом. Данная проблема находится на стыке естественнонаучного и гуманитарного знания, поскольку сознание возникает на основе происходящих в мозге процессов, но его содержание в значительной мере определяется социальным опытом. Решение этой головоломки могло бы перекинуть мост между двумя основными видами научного познания и способствовать созданию единой картины мироздания, органично включающей человека с его духовным миром. Вероятно, такова высшая цель науки, достижение которой необходимо для удовлетворения присущего человеку стремления к всеобъемлющему знанию. Но велико и практическое значение данной проблемы для медицины, образования, организации труда и отдыха.

Интерес к взаимосвязям сознания и мозга возник давно. Для русской физиологии начиная со времен И.М. Сеченова и И.П. Павлова он в известной мере традиционен. Однако долгое время решение столь сложной проблемы считалось делом отдаленного будущего. Понимание того, что исследование проблемы сознания - насущная задача сегодняшнего дня, пришло к физиологам сравнительно недавно: быстрый прогресс науки о мозге вывел данную тему на первые страницы журналов по нейронаукам. Возникла даже, по образному выражению английского ученого Джона Тейлора, "гонка за сознанием". Прорыв в данной области был во многом связан с появлением методов "изображения живого мозга", таких как позитронно-эмиссионная томография, функциональный магнитный резонанс и многоканальная запись электрических и магнитных полей мозга. Новейшие приборы позволили увидеть на экране дисплея, какие зоны активизируются при выполнении различных задач, требующих умственного напряжения, а также с большой точностью определять локализацию поражения при заболеваниях нервной системы. Ученые обрели возможность получать соответствующие изображения в виде красочных карт мозга. Но самым интересным и удивительным я считаю Американский миелофон. Пример такого прибора был продемонстрирован в популярном американском сериале «доктор Хаус», где доктора перевели мысли человека, который утерял способность двигаться и говорить, на экран.

С философской  точки зрения, можно задаться вопросом, насколько правомерно вообще пытаться объяснить движением нервных  импульсов то, что мы воспринимаем как цвет или звук. Ощущение - сугубо личное чувство, "внутренний театр" каждого из нас, и задача науки о мозге - понять, какие нервные процессы приводят к возникновению субъективного образа. В то же время загадка человеческой психики по своей методологической сложности не уникальна и стоит в ряду других тайн природы. По существу, возникновение нового качества происходит на каждом этапе принципиального усложнения природных процессов.

Опыт научного познания показывает, что сложное  явление, как правило, не возникает  из ничего, а развивается в процессе эволюции из более простых форм. То же в полной мере относится и к субъективным переживаниям. Они проходят путь от элементарных проявлений, таких как ощущения и эмоции, к сознанию высшего порядка, связанному с абстрактным мышлением и речью. Если исходить из данных соображений, существует несколько подходов к изучению сознания, которые, однако, не исключают, а взаимно дополняют друг друга, объясняя феномены разной степени сложности. При этом некоторые базисные принципы организации нервных процессов, обнаруженные на ранних этапах эволюции психики, постепенно приобретают более сложные формы для обеспечения их высших проявлений.

Возврат возбуждения и  механизм ощущений

Первый подход к пониманию принципов природы  психики основан на идее, что субъективный опыт возникает в результате определенной организации происходящих в мозге процессов и сопоставления в зонах коры новой информации с той, которая извлечена из памяти. Сведения о внешних событиях как бы проецируются на индивидуальный опыт субъекта. Это возникает в результате кольцевого движения возбуждения, которое после дополнительной обработки в других структурах мозга возвращается к местам первоначальных проекций. Впервые такая гипотеза была выдвинута специалистами журнала «В мире науки» в 1970-х гг. в результате исследований мозговых механизмов ощущений. В настоящее время ее разделяют многие специалисты.

Данная теория была основана на исследованиях механизма  ощущений учеными журнала. Они изучали вызванные потенциалы (ВП) мозга, то есть его электрическую реакцию на вновь поступивший сигнал. ВП представляет собой сложное по форме колебание, состоящее из ряда последовательных компонентов, и необходимо было понять, какие информационные процессы мозга они отражают. Анализ данных привел к выводу, что ранние волны ВП связаны с поступлением импульсов в кору по сенсорным путям от органов чувств. Они отражают физические параметры стимула. Поздние волны, вызванные передачей возбуждения от мотивационных центров, характеризуют значимость сигнала. Далее возник вопрос, как данные информационные процессы соотносятся с субъективным опытом. Для этого использовалась теория обнаружения сигнала, рассматривающая восприятие как результат взаимодействия сенсорного и мотивационного факторов, которые называются, соответственно, показателем сенсорной чувствительности и критерием решения. Интересно, что данный подход позаимствован психологией из техники, в частности, из принципа устройства радаров, состоящих из чувствительного приемника и системы опознавания    сигнала.

В ходе дальнейших исследований предстояло сопоставить в одном эксперименте две концепции: физиологическую и психологическую. Трудность заключалась в том, что теория обнаружения работает в области слабых сигналов, близких к порогу, так как вычисления соответствующих индексов восприятия основано на соотношении правильных и ошибочных реакций. В то же время запись ВП с его ранними волнами требует достаточно интенсивных раздражителей. Было принято решение использовать не абсолютный, а дифференциальный порог. Участник эксперимента должен был различить интенсивность двух близких по силе раздражителей (в одной серии - зрительных, в другой - кожных), при этом записывались ВП мозга на предъявляемые стимулы. Для получения количественных параметров ощущений были использованы методы теории обнаружения сигнала с вычислением двух упомянутых показателей. Затем была получена корреляция между физиологическими и психологическими показателями, причем результаты, в принципе, оказались сходными для зрения и кожного чувства. Как и ожидалось, было установлено соответствие ранних волн ВП с сенсорным фактором психофизики, а поздних - с критерием решения. Несколько неожиданной и поэтому наиболее интересной оказалась взаимосвязь промежуточных волн ВП проекционной коры (куда поступают импульсы от органов чувств) с обоими индексами восприятия, то есть и с показателем сенсорной чувствительности, и с критерием решения. Такая двойная корреляция отражает синтез информации о физических и сигнальных свойствах стимула на нейронах проекционной коры. Эти волны возникали в ВП через 150-180 мс после стимула.

Принципиально важно, что это время достаточно точно совпало со скоростью возникновения  ощущений, полученных ранее в ходе психофизических экспериментов. Еще  в 20-30-е гг. прошлого века было установлено, что ощущения появляются только через 100-150 мс после предъявления стимула. При этом использовались методы, основанные, главным образом, на феномене "обратной маскировки". Суть его такова: если после одного слабого стимула через короткий интервал следует второй, более сильный, первый не воспринимается. Постепенно увеличивая промежуток времени между обоими сигналами, можно вычислить момент, когда маскирующий эффект исчезает, так как успевает сформироваться ощущение первого раздражителя. Было установлено, что ощущение появляется примерно через 150 мс после воздействия стимула. Наиболее достоверные данные были, однако, получены, когда в качестве маскирующего сигнала была использована прямая стимуляция коры коротким магнитным импульсом, который прикладывался к коже головы непосредственно над соответствующей областью коры мозга - полученные результаты практически совпали с приведенными выше. Важно, что магнитный импульс вызывал маскирующий эффект только в том случае, если он воздействовал на затылочную кору, проекционную для зрительных стимулов, то есть только там, где наблюдалась описанная выше двойная корреляция волн ВП с показателями восприятия. Интервал в 150 мс называется "психологическим рефрактерным периодом", и психическое переживание не может быть короче его. Интересно сравнить приведенные показатели с данными физиологии о продолжительности обработки информации на одиночный стимул в зрительной коре, которая составляет около 200 мс (И.А. Шевелев).

 
На  картах мозга цветом обозначены области  коры, в зависимости от нормированного числа подходящих к ним связей. При образном мышлении фокусы расположены  в теменно-височной, а при вербальном - в лобной коре. Центр восприятия речи в левой височной коре (зона Вернике) задействован в обоих случаях.

На основе данных о физиологическом механизме  волн вызванного потенциала и их связи с отделами мозга, был описан процесс, обеспечивающий синтез информации. Он включает кольцевое движение возбуждения по отделам мозга. Из проекционной коры, получающей сигналы от органов чувств, возбуждение поступает в ассоциативную кору (нижневисочную для зрительных стимулов), где сведения сравниваются с эталоном и опознаются. Затем возбуждение переходит на энторинальную кору, находящуюся на внутренней поверхности височной доли полушарий и имеющую отношение к памяти. Там определяется значимость сигнала, его отношение к той или иной потребности организма. Потом импульсы возбуждения перемещаются в мотивационные центры промежуточного мозга, откуда вновь возвращаются по системе диффузных проекций в кору, в том числе и в зоны первичной проекции. Через 100 мс также возникают связи между проекционной и лобной корой. Такой цикл, продолжительность которого составляет около 150 мс, получил название "круг ощущений". Суть его в том, что он обеспечивает сравнение сенсорного сигнала со сведениями, извлеченными из памяти, включая данные о значимости полученной информации, что предположительно и лежит в основе перехода физиологического процесса на уровень психического, субъективного переживания. В результате возникшее ощущение не только точно передает физические характеристики стимула, но и эмоционально окрашено. Вышеприведенная концепция получила название гипотезы информационного синтеза.

В последующие  годы ее подтвердили результаты многих исследований, в том числе данные о топографии отделов мозга, входящих в "круг ощущений", и использование  самой идеи возврата возбуждения  для объяснения механизмов сознания. Среди наиболее значимых можно назвать работы нобелевского лауреата Дж. Эдельмана, который использовал термин "повторный вход (re-entering)", обозначающий не обратную связь, под которой обычно понимают сигнал коррекции, а поступление дополнительной информации, полученной в результате опроса структур мозга, связанных с функцией памяти и мотивацией.

Помимо информационного  синтеза возврат возбуждения  по диффузным проекциям обеспечивает и интеграцию отдельных признаков  стимула в единый образ. Исследования последних лет показали, что при этом важную роль играет ритм электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с частотой около 40 Гц. Именно синхронизация биопотенциалов мозга на определенном ритме создает условия для объединения нейросетей в единую систему, что необходимо для поддержания сознания.

Ощущение относится к достаточно простым психическим феноменам, которые некоторые ученые относят к так называемому первичному сознанию, куда можно отнести и эмоции, в исследование которых выдающийся вклад внес П.В. Симонов. Он впервые предложил формулу, согласно которой сила эмоции Э пропорциональна потребности П, умноженной на разность между сведениями, имеющимися у индивидуума, и теми, что необходимы ему для удовлетворения данной потребности:

Э = П (Инф. налич. - Инф. необх.)

Из этой формулы  следует, что эмоции, так же как и ощущения, возникают в результате сравнения двух информационных потоков. Здесь действует, таким образом, некоторая универсальная закономерность.

Интерес представляет вопрос, как в ходе эволюции могла  возникнуть система возврата возбуждения  и сравнения двух информационных потоков. В соответствии с концепцией Н. Хамфри психическое появилось в результате действия ответвлений отходящих от коры двигательных волокон к направляющимся к коре чувствительным путям, что сделало возможным направленную регуляцию поступающей к коре информации. В более простых системах такой процесс мог происходить на периферии, однако постепенно развились внутрикоровые способы фильтрации исполнительными центрами наиболее значимой для определения поведения информации, которые могли действовать и в отсутствие моторных команд. Н. Хамфри назвал такой механизм "чувственной петлей" (sentient loop), что даже терминологически близко к описанному выше "кругу ощущений".