Психофизиология осознанных процессов

Под термином сознание в разных научных дисциплинах понимают не совсем одно и то же. Одни ученые и бодрствование, и сон рассматривают как два раз­личных состояния сознания (Годфруа, 1992). Другие сознание противопос­тавляют сну и, соответственно, связывают только с состоянием бодрствова­ния (Основы..., 1997). Философы чаще всего считают сознание особой фор­мой отражения мира, проявляющейся прежде всего в определении человеком своего места в нем (Батуев, 1991). Следовательно, в зависимости от позиции автора сознанием называется и ощущение, и самосознание (рис. 12.1).

Уже отмечалось, что, по мнению некоторых нейробиологов, сознание не может быть объяснено только деятельностью мозга. Однако в рамках курса психофизиологии рассматриваются лишь те концепции, которые выявля­ют связь изменений психических состояний со сдвигами активности голов­ного мозга.

Сознание ограничено областью моментального восприятия и оставляет в тени все аспекты действительности, не входящие в зону внимания. Это от­личает сознание от бессознательного, область восприятия которого значи­тельно шире.

Зрительное осознание

Одна из хорошо проработанных концепций (Крик, Кох, 1992) основана на анализе осознания зрительно воспринимаемых событий. Она называется прожекторной теорией и основывается на роли внимания, создающего “луч прожектора”. Эта теория восходит к представлению И.П. Павлова о созна­нии как светлом пятне — фокусе возбуждения, перемещающемся по коре мозга. Любая удовлетворительная теория должна пытаться объяснить как можно больше различных аспектов сознания: эмоции, воображение и т.д. Посредством зрения человек получает наибольший объем информации. Зрительное осознание — не просто рассматривание находящихся перед гла­зами предметов: мозг при этом совершает сложнейший анализ поступаю­щей информации и сопоставляет ее с той, что хранится в памяти. Он посто­янно фиксирует трехмерное представление о среде, в которой пребывает.

Рис. 12.1. Ш.Е. Супоров. Апокалипсис (Science. 1998. January/February).

При восприятии объектов мозг не только схватывает видимую человеком часть, но и вызывает к жизни зрительный образ того, что находится на не­доступной глазу в настоящий момент стороне (рис. 12.2).

Это хорошо прослеживается по детским рисункам, где ребенок, глядя на предмет, рисует не то, что реально составляет его зрительный образ, а то, что знает о предмете. Например, он может нарисовать четыре ножки у сто­ла, хотя ему видны только две (рис. 12.3).

Таким образом, доступная глазу информация не обеспечивает ту ин­терпретацию событий, которую мы воспринимаем на ее основе. Для это­го мозг активно восстанавливает не­обходимую дополнительную инфор­мацию из памяти и использует пред­шествующий опыт. Это позволяет, например, воссоздать объемное изоб­ражение при восприятии двухмерных сигналов, падающих на сетчатку гла­за. Ярким примером активной вклю­ченности мозга в анализ зрительной информации может быть достраива­ние каждым полушарием целого лица на основе изображения той половины лица, информация о которой попада­ет в это полушарие (см. гл. 4).

Р. Джекендофф (см.: Крик, Кох, 1992) выдвигает предположение о су­ществовании промежуточного уров­ня сознания. Он обосновывает свои умозаключения тем, что человек ос­мысливает лишь часть преобразова­ний мозга по восприятию зрительно­го сигнала. Образ, который видит че­ловек, связан с его представлением о непосредственно воспринимаемых плоскостях вместе с их очертаниями, ориентацией, цветом, текстурой, движением. Это изображение боль­ше, чем двухмерное, поскольку несет в себе ориентацию видимых плоско­стей. Но оно меньше, чем трехмер­ное, потому что информация о глубине в явном виде в нем не представле­на. На более высоком уровне переработки информации мозг восстанавли­вает из нее объемное изображение. Мозг не только преобразует плоское изображение в трехмерное, но и осуществляет обратную операцию. Р. Дже­кендофф убежден, что у человека нет зрительного осознания такого трех­мерного представления.

Изображение может быть представлено в явном и неявном виде. Явное изображение — это то, что символизируется, не подвергаясь дальнейшей переработке. Неявное изображение содержит точно такую же информацию, но требует дополнительной переработки, чтобы стать явным. Например, набор цветных точек на телевизионном экране несет представление об объекте в неявном виде, в явном виде заданы лишь сами точки и их место-

положение на экране. При просматривании такого изображения мозаика активности нейронов воссоздает явный образ объекта.

Этот паттерн разряжающихся нейронов называется активным представ­лением (Крик, Кох, 1992). В мозге хранится и скрытое представление об этом же объекте, возможно, в виде особого сочетания синаптических связей меж­ду нейронами. По-видимому, мозг сохраняет в латентном состоянии огром­ное количество подобных паттернов об известных ему объектах. Когда че­ловек задумывается о том или ином объекте, образ переходит из неявного состояния в активное, что сопровождается импульсным возбуждением со­ответствующих нейронов.

Один и тот же объект может быть представлен в мозге различным спосо­бом — в виде зрительного образа, набора слов, соответствующих звуков, прикосновения или запаха, которые тесно взаимодействуют между собой, поддерживая друг друга. В создании представления участвует множество нейронов, расположенных в различных областях мозга и включенных в сложную иерархическую и пространственную организацию. Изучение им­пульсной активности нейронов в разных отделах мозга обезьяны и челове­ка, а также наблюдения за последствиями некоторых мозговых травм сви­детельствуют о том, что различные характеристики одного и того же объек­та и связанные с ним представления об отношениях между объектом и рас­сматривающим его человеком могут быть обеспечены возбуждением не­рвных клеток в разных отделах мозга.

Полное представление о каком-то предмете формируется на основании более частных представлений. Одним из них может быть общая характери­стика предмета. Нейроны, участвующие в ее организации, чувствительны к" точным параметрам объекта и слабо реагируют или не отвечают совсем на другие, например, изменения его ориентации в пространстве. Так, у обезь­ян одни нейроны возбуждаются на поворот лица в определенном направ­лении, другие — на направление, в которое устремлен взгляд.

Частные представления о том же предмете могут включаться как в пол­ное, так и располагаться в других отделах мозга. Например, в случае пред­ставления о лице такие признаки, как пол человека, особенности его харак­тера и темперамента, была ли с ним встреча прежде, могут коррелировать с нейронной активностью в различных участках мозга.

Ф. Крик и К. Кох допускают возможность существования очень нестой­кой формы “мимолетного” сознания, в которой имеются лишь относитель­но простые признаки объекта и которая не связана с подключением внима­ния. Мозг воссоздает из активности “мимолетного” сознания образ, на ко­тором сосредоточивается наблюдатель, т. е. то, что он ясно и живо видит и что требует работы внимания. Последнее активирует объемные представле­ния об объекте и подключает представления более высокого когнитивного порядка.

Ясное сознание отличается рядом особенностей. В частности, полное осознание возможно лишь при наличии активного внимания и неповреж­денной кратковременной (оперативной) памяти.

До сих пор нет четких доказательств необходимости участия долговре-

менной памяти в процессе осознания. Однако воипршнис mnui^ ” требует обязательного обращения к энграммам, долговременно хранящим­ся в мозге, для полноценной переработки информации, поэтому в норме она, безусловно, включена в процесс осознания. Вместе с тем, как показы­вают некоторые наблюдения за больными, способность к долговременно­му запоминанию нового материала для сознания не является облигатной, в то время как сохранность оперативной памяти — необходимое условие.

Для понимания того, что представляет собой человеческое сознание, ис­пользуют математическую теорию хаоса. С этой точки зрения, изменяющее­ся состояние динамической нейрональной суперсети с ее варьирующими участниками в виде ансамблей нейронов коррелирует с изменениями состо­яния сознания. Таким образом, поток траекторий суперсети в гиперпрост­ранстве и являет собой поток сознания (Globus, Arpaia, 1994).

Локализация сознания

В процесс осознания, по-видимому, включены многие области мозга, но доминирующая роль принадлежит новой коре. Зрительная информация от рецепторов сетчатки поступает в новую кору через верхние бугры четверо­холмия и таламус.

При перерезке мозолистого тела левое полушарие не включает в осозна­ние зрительную информацию, поступившую в правое полушарие. Это сви­детельствует о том, что информация, необходимая для зрительного осозна­ния, не может достигнуть другой половины мозга через подкорковые струк­туры, поскольку единственным мостиком между полушариями служит мо­золистое тело. Осознание у леворуких людей тоже связано с функцией ле­вого полушария.

Гиппокамп является центральной структурой, отвечающей за долговре­менное хранение информации, которую он по мере необходимости может передавать моторной коре. Гиппокамп расположен так, что способен полу­чать сигналы практически из всех областей головного мозга и посылать соб­ственные во многие из них. Являясь важнейшей структурой хранения ин­формации, он тем не менее не становится центром формирования осозна­ния. Анализ поведения больных с повреждениями этой структуры мозга по­казывает, что он не играет сколько-нибудь существенной роли в зритель­ном осознании.

Есть предположение (Крик, Кох, 1992), что кора выполняет две функции. Используя приблизительную и обладающую некоторой избыточностью “монтажную” схему, детерминированную генами и процессами эмбриональ­ного развития, она прибегает к зрительному и другим формам опыта для того, чтобы осуществить медленный собственный “перемонтаж” и благода­ря этому образовать категории, на которые может реагировать. Однократ­ное воздействие нового признака не ведет к образованию в коре полноцен­ной новой категории, хотя и при этом могут происходить некоторые неболь­шие изменения нервных связей.

Другая функция коры — быстрое реагирование на поступающие сигна­лы. Для этого она пользуется вновь образованными категориями и ищет та­кие сочетания активных нейронов, прошлый опыт которых позволяет наи­более точно представить в мозге соответствующие объекты и события зри­мого мира. На образование таких сетей активных нейронов могут влиять сигналы из других частей мозга.

Быстро образующиеся сети нейронов встречаются на разных уровнях мозга и взаимодействуют между собой, формируя еще более крупные цепи. Они не­стойки и функционируют лишь доли секунды. Создание подобных сетей дол­жно быть крайне быстрым, поскольку они составляют основу того, что чело­век сознает. Активность нейрона требует времени, и эту относительную мед­лительность мозг компенсирует, с одной стороны, одновременной и параллель­ной работой большого числа нейронов в составе мгновенно возникающих и тут же распадающихся сетей, с другой — иерархической организацией системы.

Таким образом, сознание в любой момент соответствует популяциям ак­тивированных нейронов. Это положение было названо принципом нейронной активности (Крик, Кох, 1992). Скорее всего, не все нейроны новой коры, активность которых в данный момент превосходит фоновую, участвуют в процессе осознания. Вероятно, часть активных нейронов связана с анали-

Рис. 12.4(а). Эксперимент “Чеширский koi” Эют простой опыт с зеркалом иллюстрирует один из аспектов зрительного сознания. В его основе лежит так называемый феномен зри­тельного соперничества, возникающий в том случае, когда глаза имеют разные входы, соот­ветствующие одной и той же части поля зрения. Движение в поле зрения одного глаза мо­жет вызвать исчезновение либо всего изображения, либо только отдельных его частей. Дви­жение приковывает к себе все внимание мозга. Поле зрения наблюдателя разделяется поме­щаемым между его глазами зеркалом на две половины. Один глаз видит кота, другой глаз — отражение в зеркале белой стены или какого-либо другого фона.

изображение кота. В результате изображение кота может полностью исчезнуть. Если же наблю­датель до взмаха руки особенно внимательно рассматривал какие-нибудь определенные части изображения, например глаза или рот кота, они могут остаться в поле зрения (Крик, Кох, 1992).

зом воспринятой информации, и только некоторые отражают результаты этой обработки, т. е. создают то, что человек осознает.

Идентифицировать нейроны, чья активность символизирует сознание, ' помогает феномен бинокулярного соперничества. Он возникает, когда глаза человека имеют разные входы по отношению к одной и той же части поля зрения. Зрительная система левой половины мозга получает сигналы от обо­их глаз, но видит только часть зрительного поля справа. Аналогичным об­разом правая половина мозга тоже имеет информацию от обоих глаз, но ви­дит левое поле зрения. Если эти два конфликтующих входа начинают сопер­ничать, человек видит не результат наложения друг на друга двух входов, а то один, то другой из них.

Этот эффект можно наблюдать в эксперименте, получившем название “Чеширский кот”. В нем испытуемый неподвижно смотрит в зеркало перед собой, рядом с зеркалом помещен чистый белый экран. Одним глазом он видит отражение своего лица, другим — экран. Если испытуемый помашет рукой перед экраном в той же части зрительного поля, которое занимает лицо, оно внезапно исчезает (рис. 12.4). Внимание мозга поглотило движе­ние руки. Видеть же лицо без внимания нельзя. Если испытуемый переве­дет взгляд, он увидит лицо.

Иногда исчезает часть лица, и остаются только глаза, т. е. сохраняется та его часть, на которую было обращено внимание наблюдателя. Это явление

напоминает улыбку Чеширского кота из книги Л. Кэрролла “Приключения Алисы в Стране чудес”.

Простой вариант бинокулярного соперничества изучали на обезьянах Н. Ло-готетис и Дж. Шалл (Крик, Кох, 1992). Они обучали обезьяну фиксировать взгляд и сигнализировать экспериментатору, если та увидит смещение го­ризонтальной решетки вверх или вниз. Эффект бинокулярного соперниче­ства создавался тем, что движение решетки вверх проецировалось в один глаз, а вниз — в другой. Два эти изображения перекрывались в поле зрения обезьяны. Животное подавало сигналы о движении решетки вверх или вниз поочередно, т. е. так, как их видел бы человек. Хотя перед глазами обезья­ны находился один и тот же движущийся раздражитель, его восприятие ме­нялось приблизительно один раз в минуту. В этот момент в зрительной коре обезьяны активность одних нейронов коррелировала с изменениями вос­приятия, тогда как средняя частота импульсации других практически не из­менялась. Таким образом, зрительному сознанию животного в каждый мо­мент времени соответствовала активность только части нейронов коры.

Есть экспериментальные свидетельства, подтверждающие это предполо­жение. Во-первых, это импульсация нейронов V2 в престриарной коре в от­вет на кажущиеся контуры. Второй пример — заполнение слепого пятна. Слепое пятно в каждом глазу связано с отсутствием фоторецепторов в той области сетчатки, где из нее выходит зрительный нерв, идущий в мозп Оно отстоит приблизительно на 15 градусов от центральной ямки сетчатки (зри­тельный центр глаза). Тем не менее, зажмурив один глаз, никто не видит от­верстия в поле зрения.

Первичная зрительная кора (зона VI) не имеет прямого входа от одного глаза, но располагает полноценным механизмом переработки сенсорного сигнала из другого глаза. Р. Гаттас и его сотрудники из Федерального уни­верситета в Рио-де-Жанейро (Крик, Кох, 1992) показали, что у обезьяны некоторые нейроны зоны VI в области проекции слепого пятна реагируют на сенсорный вход из обоих глаз, что обеспечивается активностью нейро-. нов из других участков коры. При простом заполнении слепого пятна не­которые нейроны этой области обнаруживают высокий уровень возбужде­ния. Вероятно, феномен заполнения —интерполирующий процесс, который может протекать на самых разных уровнях новой коры (рис. 12.5).

Большинство нейронов зрительной коры наиболее интенсивно отвеча­ют на какой-то один тип стимуляции: положение объекта, его ориентацию, направление движения, цвет и т. д. Нейроны, реагирующие на один и тот же параметр зрительной информации, располагаются в коре рядом. Уста­новлено, например, что электрическая стимуляция небольшого участка зри­тельной коры — МТ — вызывает почти всегда ожидаемые нарушения в раз­личении параметров движения и способна влиять на поведение и зритель­ное восприятие животного. Нейроны, отвечающие на отдельный параметр зрительной стимуляции, располагаются на нижней ступени иерархии зри­тельного восприятия. Возможно, что истинным коррелятом восприятия яв­ляется импульсация другого уровня зрительной иерархии, на которую вли­яют и нейроны, активированные в МТ.

Вполне допустимо, hiu j^i-i.^.^ ное сознание представляет собой ак­тивацию корковых областей, кото­рые обрабатывают и анализируют то, что человек видит. Из коры инфор­мация направляется в гиппокамп, где подвергается временному коди­рованию в долгосрочную эксплицит­ную память, а также — в моторные отделы коры, ответственные за пла­нирование движений.

Вполне вероятно и поведение не­посредственно на основе зрительно­го восприятия без его осознания. Это демонстрируют больные со “слепым зрением”. Такие люди, имеющие травму в области зрительной коры, достаточно точно определяют поло­жение зрительных целей или следят взглядом за их движением, но на­прочь отрицают, что они что-либо видят. Исследования свидетельству­ют, что у таких больных в восприятии участвуют слабо выраженные связи между наружным коленчатым ядром и некоторыми областями коры (зона V4). Неясно, существенна ли для зрительного осознания интактная зона VI. Предполагают, что зритель­ные каналы у людей со “слепым зре­нием” слишком слабы для того, что­бы активность нейронов могла по­рождать сознание, но обладают дос­таточной силой для проникновения в моторную систему мозга.

Люди с нормальным зрением по­стоянно реагируют на зрительные сигналы, которые они не осознают. Сложные, но стереотипные дей­ствия, почти или вообще не сопро­вождающиеся зрительным сознани­ем, свойственны любой автоматичес­кой деятельности (например, вожде­нию автомобиля). У больных переда­ваемая информация либо очень ог­раничена, либо сильно ослаблена,

поэтому человек хотя и в состоянии функционировать без зрительного осоз­нания, но его поведение резко обедняется.

Для того чтобы стимул был осознан, необходим некоторый временной интервал (буквально несколько сот мс), в течение которого возбуждаются корковые нейроны. Если активация будет длиться меньшее время, осозна­ния не произойдет. Таким образом, отбирается к осознанию неэмоциональ­ная информация (Libet, 1991). В норме укорачивать длительность раздражи­теля могут какие-то внутренние механизмы, тем самым мешая его осозна­нию.

То, что для осознания необходимо определенное время, подтверждает такой эксперимент: если сигналы следуют один за другим с небольшим раз­рывом во времени, мозг перерабатывает их как одновременные. Так, если в течение 20 мс испытуемому подавать подряд вспышки сначала красного цве­та, а потом — зеленого, он скажет, что видел желтую вспышку. Произошло это потому, что все вспышки перерабатывались одновременно.

Указанные эксперименты привели психолога Р. Эфрона (Крик, Кох, 1992) к выводу, что время переработки информации при зрительном воспри­ятии составляет около 60-70 мс. Примерно такое же время требуется для осознания звуков, воспринимаемых слуховым анализатором. Тем не менее на более высоких уровнях зрительной иерархии и в других структурах моз­га периоды переработки информации могут быть иными. Они могут,уско­ряться в процессе обучения или специальной тренировки испытуемых.

Осознанию соответствует глобальная активность многих нейронов одно­временно, имеющих разряды с частотой гамма-колебаний. Синхронная ак­тивность объединяет их в единый ансамбль. Нейроны могут входить в раз­ные ансамбли, которые, таким образом, являются временными объедине­ниями нейронов по признаку синхронизации активности в гамма-диапазо­не. Прожектор внимания, определяющий перемещение фокуса сосредото­ченности в конкретных местах зрительного поля, основан на способности нейронов разряжаться когерентно (Crick, Koch, 1995).

Считается, что каждая область коры порождает осознание зрительных признаков только в том случае, если нейроны, отвечающие за восприятие, располагаются друг над другом в виде колонок, перпендикулярных поверх­ности коры. В то же время до сих пор не найдена область, куда бы сходи­лась вся информация, необходимая для осознания. По-видимому, как уже было сказано, сознание рассеяно не по какой-нибудь ограниченной мозго­вой структуре, но охватывает более обширные области новой коры.

Роль речи в осознании

Некоторые исследователи придают особое значение речи в процессе осоз­нания. Одним из первых эту концепцию предложил П.В. Симонов (1981; 1993). Наряду с сознанием, которое по природе своей коммуникативно, он выделял подсознание как то, что было осознанным или при определенных условиях может им стать, и сверхсознание, под которым понималась твор-

ческая интуиция. Связь сознания с речью представляется необходимой и для других авторов (Hesslow, 1994).

Согласно представлениям М.С. Газаниги (Gazzaniga, 1980), сознание в первом приближении — это процесс, обеспечивающий субъективный смысл реальности. Оно непосредственно зависит от надмодальных процессов язы­ка. При этом личность определяется как конгломерат самостоятельно фун­кционирующих мозговых систем, которые в основном отражают процессы невербальной переработки информации. Они могут независимо влиять на осознанное и неосознанное поведение и подчиняются контролю языково­го механизма. Языковая система, интегрируя эти множественные мозговые единицы, создает то, что и составляет человеческую личность.

В то же время эксперименты, в которых была поставлена цель доказать необходимость речи для осознания, не подтвердили это предположение. Известно, что внутренняя речь человека обеспечивается активностью тех же мышц, которые участвуют во внешней речи. Введение яда кураре, препят­ствующего сокращению мышц, а значит и возможности внутренней речи у испытуемого, не приводит к утрате его сознания и мышления. После вымы­вания препарата человек может вспомнить свои размышления в экспери­ментальной ситуации (Годфруа, 1992).