ПОВТОРНО ВЛИЗАНЕ НА ВЪЗБУЖДАНЕ И ИНФОРМАЦИОНЕН СИНТЕЗ
Описаната по-горе концепция за "светлото петно" идва от факта, че съзнанието се определя от определено ниво на възбудимост на мозъчните структури. Може обаче да се предположи, че това не е достатъчно и всъщност възникването на психичното е свързано с определен принцип в организацията на мозъчните процеси, което предполага тяхното известно усложняване в сравнение с по-простите мозъчни функции.
Една от хипотезите, които привлякоха вниманието на изследователите през последните години, е идеята за връщане на възбуждането в местата на първичните проекции и сравнението и синтеза на предишна налична и новополучена информация, която възниква на тази основа. Така рефлексната схема тук се допълва с обратна връзка, която превръща дъгата в пръстен. Идеята за синтеза на информация като мозъчна основа за появата на субективни преживявания е изложена за първи път през 1976 г. [Ivanitsky, 1976; Ivanitsky et al., 1984] въз основа на изследванията на физиологичните механизми на усещанията.
- Мозъчната основа на усещанията
Психолози от 20-те години. Известно е, че усещането възниква доста късно, след 100 ms от момента на представяне на стимула (т.е. много по-късно от пристигането на сензорни импулси в кората). В настоящата работа беше поставена задачата да се разбере какво се случва през това време и какъв етап от мозъчните процеси съответства на появата на субективен образ. В изследването, при представяне на същите стимули, се регистрират обективни показатели за мозъчната активност под формата на евокирани потенциали и се определят количествени показатели на възприятието. За да се получи последното, бяха използвани методите на теорията за откриване на сигнал [Swets et al., 1961], която описва процеса на възприятие с помощта на две независими променливи: индексът на сензорна чувствителност d' и критерият за вземане на решение, определен отмотивационни фактори. Основните изводи се основават на изчисляването на корелациите между показателите на физиологията и психологията, а именно амплитудата на предизвиканите потенциални вълни и психофизичните показатели. Изследванията са проведени на соматосензорни [Ivanitsky, Strelets, 1976] и визуални [Ivanitsky, Matveeva, 1976] анализатори, като резултатите, получени и при двата метода, са фундаментално сходни.
Установено е, че амплитудата на ранните вълни на евокирания потенциал (ЕР) показва статистически значима корелация с индекса d', а амплитудата на късните вълни - с критерия за решаване. Междинните вълни с латентност от 140 ms за соматосензорния и 180 ms за зрителния анализатор корелираха и с двата перцептивни индекса и такава двойна корелация беше открита само за вълните на проекционния кортекс. По този начин амплитудата на тези вълни се определя както от сетивните свойства на стимула, така и от неговото значение. Въз основа на наличните данни за генезиса на отделните евокирани потенциални вълни е описан механизъм, който осигурява посочената двойна корелация.
Този механизъм се основава на кръговото движение на нервните импулси с "централна станция" в проекционната кора. Първоначално възбуждането идва от проекцията към асоциативния кортекс. За визуални стимули това са участъци от темпоралния кортекс, който играе важна роля в разпознаването на стимули, а за кожни стимули това са вторични и третични зони на соматосензорния кортекс. След това нервните импулси достигат до структурите на лимбично-хипокампалния комплекс и подкоровите центрове на емоциите и мотивациите. До този етап движението напред на възбуждането от рецептивните зони към изпълнителните центрове напълно се вписва в рефлексната схема. Процесът обаче не свършва дотук: включва и връщане на възбуждането в кората, включително и нейнатапроекционни отдели (според системата на дифузните проекции). Поради връщането на възбуждането, нервните импулси, идващи от мотивационните центрове, се наслагват в невроните на проекционната кора върху следите от сензорно възбуждане. На този етап или малко по-рано в процеса участва и фронталният кортекс, който се проявява в синхронизиране на модела на ЕР в интервала от 100 до 200 ms след стимула [Ivanitsky and Strelets, 1979]. Предполага се, че тези междинни EP компоненти отразяват синтеза върху кортикалните неврони на два вида информация: налична информация за физическите характеристики на стимула и информация за неговото значение, извлечена от паметта.
Най-интересното обаче беше, че пиковата латентност на тези ЕР вълни точно съвпадаше с времето на поява на усещане, измерено по-рано в психологически експерименти [Froelich, 1929; Pieron, 1961; Бойко, 1964]. Следователно може да се приеме, че синтезът на два вида информация - налична и извлечена от паметта - е ключовият механизъм, който стои в основата на усещането като феномен вече не на физиологично, а на ментално ниво (фиг. 11.1).
С други думи, направена е крачка към преодоляване на бариерата между две нива на организация на мозъчните процеси, едното от които не е съпроводено, а другото е съпроводено със субективни преживявания. Съгласно предложената концепция последователният поток от информация от рецепторите води до многократно движение на възбуждането по зададения пръстен, осигурявайки постоянно сравнение на сигнали, идващи от външната и вътрешната среда, което представлява умствен мониторинг на протичащите промени. Този процес се извършва с период на квантуване от приблизително 100–180 ms (имайте предвид, че това време е сравнимо с това, определено в теорията на прожекторите), което еминималната продължителност на усещанията [Goldburt, Makarov, 1971; Блументал, 1977]. По-късно подобен пръстен на възбуждане е описан от М. Мишкин [Mishkin, 1993] при маймуни по време на анализа на стимулната информация и формирането на следа от паметта.
Ориз. 11.1. Схема на пръстеновидното движение на възбуждане при зрителни усещания. Водещата връзка в този процес е синтезът на информация за физическите и сигнални свойства на стимула върху невроните на проекционната кора.
M. Posner и M. Rothbart [Posner, Rothbart, 1994] показаха, че при разпознаване на стимули, след първичното активиране на задния кортекс, фронталният кортекс се включва във функцията, последвано от връщане на възбуждането и реактивиране на задния кортекс 150 ms след първоначалното му възбуждане.
В проучвания на B. Libet и сътр [Libet et al., 1967] с регистрацията на евокирани потенциали към електрокожни стимули от повърхността на кората по време на неврохирургични операции, беше показано, че в кората на слаби подпрагови стимули се записват само вълни на ранен отговор с латентност до 100 ms. При повишена стимулация в ЕР се появяват по-късно колебания с латентност от 150 ms, което е придружено от появата на субективни усещания и практически съвпада с латентността на вълните на ЕР, което в нашите изследвания установи двойна корелация с перцептивните индекси.
По-горе дадените данни се отнасят до произхода на едно от най-простите психични явления - усещанията. В тази връзка може да възникне въпросът доколко тези закономерности са универсални и дали същият принцип на синтез на информация може да бъде разширен към по-сложни психични прояви, например към процеса на мислене?
- Механизми на мисълта
Нашитеизследвания през последните десет години. Задачата беше да се изследва структурата на кортикалните връзки при решаването на различни умствени операции. При това изхождахме от фундаменталните идеи на българската неврофизиологична школа на Н.Е. Введенски–А.А. Ухтомски, че връзката между нервните структури възниква на базата на изравняване на ритмите на тяхната дейност. М.Н. Ливанов [1972] и В. С. Русинов [1969] показаха, че тези ритми се отразяват в честотните параметри на електроенцефалограмата (ЕЕГ), което доведе до решаващия извод, че синхронизирането на честотните характеристики на мозъчните биопотенциали може да бъде условие и показател за интракортикална комуникация.
В развитието на тези идеи беше създаден метод, наречен интракортикално картографиране на взаимодействието [Ivanitsky, 1990, 1997]. Методът се основава на идеята, че наличието на точно съвпадащи честотни пикове в ЕЕГ спектрите на различни области на кората е индикация за наличието в тези области на невронни групи, работещи в същия ритъм и следователно функционално свързани помежду си.
На участниците бяха представени задачи за образно, пространствено и абстрактно-вербално мислене на екрана на монитора. В първия случай субектът трябваше да разпознае емоция в снимка на лице (използвани бяха четири основни емоции: радост, страх, гняв и мъка, както и смесени състояния), във втория случай те трябваше да сравнят две геометрични фигури, за да определят тяхната идентичност или огледална симетрия. Като вербални задачи се използва решаването на анаграми или изборът на четири думи от една, принадлежаща към друга семантична група.
Установено е, че прост и сравнително симетричен модел на връзки, характерен за състояние на покой, се променя по време на умствена работа. Връзките започнаха да се сближават в определени областимозъчна кора, образувайки, така да се каже, възли или центрове на връзки, наречени фокуси на взаимодействие. В същото време топографията на фокусите на взаимодействие се оказа специфична за мисловни операции от различни знаци. Така при образното мислене огнищата са локализирани главно в теменно-темпоралните области, а при абстрактно-словесното мислене - във фронталните области на кората. Пространствените задачи, които включват елементи от двата типа мислене, се характеризират с образуването на фокуси на по-ранни етапи в задната и след това в предната част на кората [Сидорова, Костюнина, 1991; Иваницки, Илюченок, 1992; Николаев и др., 1996] (фиг. 11.2).
Специализацията на функциите на полукълбото, така да се каже, се наслагва върху моделите, описани по-рано. В проучвания, при които на субекта беше дадена задача да изгради психически визуален образ от ограничен набор от прости елементи, беше показано, че при лица с преобладаване на първата сигнална система, според И. П. Павлов, огнищата на взаимодействие са локализирани главно в дясно, а при лица с преобладаване на втората речева система - в лявото полукълбо. В същото време, на етапа на намиране на изображението, огнищата бяха разположени в тилната и темпоралната (зоната на разпознаване) участъци на полукълбата, а на етапа на конструиране на изображението - във фронталната кора [Ivanitsky et al., 1990]. Трябва да се отбележи, че намирането на решение за всички видове задачи, дори ако не се изисква словесен отговор, беше придружено (или определено?) От включването на вербалната лява темпорална зона във функцията.
Ориз. 11.2. Кортикални връзки в честотния диапазон на бета ритъма по време на две умствени операции. По-горе има примери за задачи; вляво - връзки в задачата за пространствено мислене, която се състои в сравняване на две геометрични фигури, представени на екрана на монитора, за да се определи тяхната идентичност или огледална симетрия, кояторешен чрез мислено въртене; вдясно - връзки по време на задачата за вербално мислене, която се състоеше в това, че от четири думи на екрана на монитора субектът трябваше да избере една, която принадлежи към различна семантична група. Фигурата показва статистически значими връзки в сравнение с визуомоторния контрол, който включва представяне на изображението и двигателен отговор, но не изисква умствени операции. Дебелите линии са връзки с честота 16–19 Hz, тънките линии са връзки с честота 13–16 Hz. Мащабът е времето за поява на връзка след представяне на задачата. Средни данни за група от 43 души
Обобщавайки тези данни, можем да заключим, че важен признак за организацията на кортикалните връзки по време на мисленето е тяхната конвергенция към определени центрове - фокуси на взаимодействие. В този случай връзките, подходящи за фокуса, се установяват на различни честоти, всъщност точно това обстоятелство е в основата на формирането на фокуса, тъй като връзките на една и съща честота биха образували хомогенна мрежа, която няма центрове. Може да се предположи, че всяка от връзките носи своята информация в центъра от определена област на кората или подкоровите образувания. На фокус тази информация може да бъде съпоставена и повторно комбинирана по определени начини. По този начин основната функция на фокуса на взаимодействие е синтезът на информация, т.е. процес, подобен на този, който наблюдавахме в проекционния кортекс, когато възникнаха усещания.
Основната разлика е, че мястото на сензорния сигнал тук може да бъде заето от информация, съхранявана в работната памет (например за условията на решавания проблем), а водещата роля в процесите на синтез на информация принадлежи не на проекцията, както в случая с усещанията, а на асоциативната кора. На фокус беше съпоставена оперативна информация синформация, извлечена от дългосрочната памет, и сигнали, идващи от мотивационни центрове. Предполага се, че въз основа на сравнението, което се извършва във фокуса, се постига крайната цел на мисловния процес под формата на намиране на решение. Субективно всичко това се преживява като процес на мислене и намиране на отговор.
Хипотетичната структура на фокуса на взаимодействие се състои от групи неврони с различни честотни характеристики, настроени към едни и същи честотни групи в периферията. Тези връзки трябва да са двупосочни по природа, т.е. както директно, така и обратно: ако две групи имат една и съща честота, тогава всяка от тях е еднакво способна както да получава, така и да предава информация на свързаната с нея група (в зависимост от съотношението на фазите на трептене). Единият пръстен, когато се усети, се заменя тук, като по този начин, като че ли чрез система от пръстени, затварящи се в един център.
В рамките на фокуса групите неврони трябва да бъдат свързани чрез връзки, формирани на различен принцип: тъй като те работят на различни честоти, принципът на изолируемост не се прилага тук. Очевидно това трябва да са твърди връзки, базирани на структурни промени в синапсите. Тези връзки са ефективни във всяка фаза на цикъла на възбудимост на неврон или нервен осцилатор, с изключение на фазата на абсолютна рефрактерност (фиг. 11.3). Идеята за осигуряване на умствена функция чрез комбинация от твърди и гъвкави връзки е изразена за първи път от N.P. Бехтерева [1980].
Представените идеи за огнищата на взаимодействие и тяхното функционално значение са в добро съответствие с данните на А. Дамасио [Damasio, 1994], който смята, че т. нар. зони на конвергенция играят водеща роля в осигуряването на висши психични функции, които приемат и синтезират информация, идваща от други части на кората иподкорови образувания.
Всичко по-горе позволява да се комбинират данните, получени при изследване на механизмите на възприятие и мислене, с един принцип на синтез на информация като мозъчна основа за появата на ново качество под формата на субективни преживявания.