Общая когнитивная теория

Рецензенты:

Ивашкин Иван Фёдорович Кандидат философских наук Вологодская ГМХА имени Н. В. Верещагина

Самбурский Роман Владимирович Кандидат технических наук САНО ВК «Северянка»

Я появился благодаря эволюции. Я существую потому, что помню. Я развиваюсь потому, что думаю. Мы такие потому, что общаемся.

Предисловие

Мы смогли значительно продвинуться в изучении происхождения человека только сняв с себя КОРОНУ ЦАРЯ ПРИРОДЫ и взглянув на человека как на простого представителя фауны. Точно так же понять принципы построения сознания мы сможем только если снимем с нашей головы ВЕНЕЦ БОЖЕСТВЕННОСТИ ВЕЛИКОГО И НЕПОВТОРИМОГО ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ и посмотрим на простые процессы, реально происходящие в мозге.

В настоящее время существует большое количество сложных, красивых и не очень теорий, пытающихся объяснить принципы функционирования психики. Они оперируют такими терминами, как внутреннее «я», потребности, психическая энергия т.д. и т.п., но, исследуя препараты мозга с помощью микроскопа, учёные видели лишь нейроны, связанные между собой нейронными связями. Начиная с конца прошлого века у учёных наконец появилась возможность наблюдать за живым работающим мозгом, и они увидели лишь группы клеток, которые последовательно, вместе или поочерёдно возбуждались или тормозились. Любая теория, объясняющая принципы функционирования психики, построенная на данных научных экспериментов, должна быть построена на взаимодействии групп нейронов и образовании связей между ними.

Давайте попробуем построить такую теорию.

Отдельно следует заметить, что наша с вами работа нисколько не будет умалять заслуги гениальных учёных прошлого, которые практически без инструментальных наблюдений строили теории, порой значительно опережающие своё время; наоборот, наша работа позволит объединить множество других теорий, объяснить результаты множества экспериментов и сделать смелые предположения.

Итак, вы держите в руках монографию, в которой описана общая когнитивная теория. На страницах этой книги мы с вами попробуем вывести общие принципы функционирования центральной нервной системы человека и других животных. То есть мы обсудим основные процессы, составляющие человеческую психику, и процессы взаимодействия людей, а также процессы внешней среды, в результате которых наша психика формируется. Обсудим мы и устройство центральной нервной системы, в которых данные процессы протекают. Наши с вами принципы или, если хотите, законы функционирования нервной системы мы сможем применить для любой гуманитарной науки примерно так же, как математику можно применить в любой науке естественной. Если у нас с вами это получится (а забегая вперёд, скажем, что получится непременно), мы сможем гуманитарные науки сделать не менее точными, чем естественные; кроме того, наши размышления позволят любому учёному увидеть предмет своей деятельности в виде активации отдельных нейронных сетей и, конечно, проводить строгие научные эксперименты с применением современных приборов и методик. Ну что ж, не будем затягивать и скорее начнём.

Глоссарий

Наверное, нет большого смысла внимательно изучать глоссарий при первом знакомстве с монографией, разумнее будет возвращаться к нему по мере появления терминов в тексте, и сделать это будет несложно, ведь теперь вы точно знаете, где он находится.

Основные психические процессы – это процессы моделирования состояний внешней среды; обслуживающие психические процессы – это процессы, без которых основные процессы невозможны или затруднены; другими словами, основные процессы психики – это взаимосвязанная последовательность процессов, заканчивающихся консолидацией, реконсолидацией информации о состоянии внешней среды, то есть в основном процессы возбуждения, а обслуживающие процессы – это в основном процессы общего торможения нервной системы, разделения отдельных нейронных сетей, обеспечения оборота метаболитов и т.п.

Нейронная сеть – это группа нейронов, связанных нейронными связями и способных возбуждаться последовательно при возбуждении отдельных нейронов группы.

Инстинкт – нейронная сеть, расположенная в подкорковых центрах головного мозга, аксоны которой могут иннервировать другие нейронные сети, в частности расположенные в коре головного мозга, и реципрокно их возбуждать. Возбуждение нейронной сети инстинкта вызывает субъективные ощущения эмоций.

Большое определение инстинкта: инстинкт – это нейронная сеть, расположенная в подкорковых ядрах головного мозга, часто возбуждаемая определённым сочетанием нейронов, проводящих афферентные потоки сенсорной информации, или через обратную связь активными мемстинктами. Инстинкт способен усиливать возбуждение связанных с ним элементов мемстинктов через усиление активности активировавших его афферентных нейронов и через отдельные моноаминергические связи с элементами мемстинктов, и активировать эндокринную и периферическую нервную системы через специальные структуры, и взаимодействовать с другими инстинктами.

Реципрокное возбуждение нейронной сети, расположенной в коре головного мозга, нейронной сетью инстинкта позволяет первой пройти процесс консолидации и превратиться в элемент мемстинкта.

Элемент мемстинкта первого уровня – это локальная нейронная сеть, расположенная в коре головного мозга, возбуждаемая в том числе благодаря набору афферентных сигналов одной модальности, если она расположена близко к сенсорным участкам коры, и вызывающая одно действие (одно движение, активацию одного мемстинкта и т.д. и т.п.), если она расположена близко к моторной коре.

Элементы мемстинкта первого уровня в значительной мере могут быть ассоциированы с гиперколонками кортекса и формируются по большей части до наступления пубертатного периода благодаря их одновременной активации с нейронными сетями инстинкта, но в дальнейшем могут неоднократно терять связь с инстинктом и формировать связь с новым.

Элемент мемстинкта высокого уровня – это нейронная сеть, являвшаяся изначально мемстинктом, состоящим из элементов низшего уровня, но вследствие регулярной реконсолидации получившая возможность активироваться без прямой связи с инстинктом.

Мемстинкт – это нейронная сеть, состоящая из нейронных сетей элементов мемстинктов, которые могут располагаться в разных частях головного мозга, хотя бы один из которых имеет реципрокные связи с болевым или целевым инстинктом.

Мемстинкт – нейронная сеть, состоящая из элементов разного уровня и даже из более мелких мемстинктов и содержащая как минимум один элемент, имеющий сильные связи с инстинктом.

Целевой элемент – это элемент мемстинкта, имеющий усиленные связи (в том числе дофаминергические) с инстинктом, приносящим положительные эмоции, благодаря чему может получать дополнительное возбуждение и, в свою очередь, возбуждать элементы других мемстинктов, выстраивая, например, историю сознания, которая, в свою очередь, ещё больше возбуждает целевой элемент, который ещё больше возбуждает инстинкт, вследствие чего человек получает больше приятных эмоций.

Эмоции – это эпизоды сознания в нейронной сети инстинкта.

Целемент (целевой элемент) – элемент мемстинкта, имеющий усиленные связи с позитивным инстинктом.

Болемент (болевой элемент) – элемент мемстинкта, имеющий усиленные связи с негативным инстинктом.

Реципрокные связи элементов мемстинктов с инстинктами могут усиливаться, ослабляться, разрушаться и повторно создаваться, причём в следующий раз элемент мемстинкта может связываться с другим инстинктом и даже превращаться из болевого в целевой и наоборот.

Целевой мемстинкт – мемстинкт, имеющий в своём составе сильный целевой элемент.

Болевой мемстинкт – мемстинкт, имеющий в своём составе сильный болевой элемент.

Мемстинкт – это нейронная сеть, часто рассредоточенная по всему мозгу, состоящая из последовательно активирующихся элементов разных уровней. Мемстинкт всегда содержит хотя бы один болемент или целемент и консолидируется (реконсолидируется) благодаря реципрокной связи с инстинктом, позволяющей поддерживать возбуждение длительное время (десятки и сотни часов).

Мемстинкт – это консолидированная нейронная сеть, группа нейронов, прошедших консолидацию и способных возбуждаться совместно при возбуждении определённой части этой группы.

Культурные мемстинкты – это совокупность похожих мемстинктов у коммуницирующей популяции.

Большинство мемстинктов и историй сознания представляют собой истории, то есть элементы в них возбуждаются последовательно.

Воля – это произвольное возбуждение элементов мемстинктов через имеющие с ними афферентные связи элементы мемстинктов с развитым пятым слоем коры.

Воля или проявление воли – это процесс активации элементов мемстинктов, расположенных в участках коры с развитым слоем больших пирамидальных нейронов, позволяющий благодаря наличию эфферентных связей совершать произвольные движения, произвольно возбуждать или тормозить элементы мемстинктов и совершать другие действия.

Волевые элементы – это элементы мемстинктов, преимущественно расположенные в двигательной коре и прилежащих зонах коры головного мозга, способные при их активации через аксоны больших пирамидальных нейронов запускать процессы, приводящие к активации или торможению (через активацию тормозящих нейронов) элементов других мемстинктов, сокращению или расслаблению мышц и т.п.

Воля – это процесс активации или торможения элементов мемстинктов, сокращения или расслабления мышц и т.п., происходящий в результате активации мемстинктов, содержащих волевые элементы. При гиперактивации участвующих в процессе элементов сопровождается возникновением эпизодов, историй сознания и воспринимаемый в этих случаях как произвольное движение, мышление и т.д. и т.п.

Эпизод сознания – это субъективные ощущения, сопровождающие гипервозбуждение нейронной сети, например элемента мемстинкта или инстинкта, вызываемые обычно возбуждением нейронной сети из разных источников.

История сознания – это группа эпизодов сознания, возбуждаемых последовательно. История сознания часто является мемстинктом или становится им после консолидации.

История сознания – это гипервозбуждение (появление эпизодов сознания) элементов активных в данный момент мемстинктов, чаще упорядоченных по времени и пространству за счёт упорядоченности элементов исходных мемстинктов.

Синестезия – это упрощённое создание нейронных сетей в некоторых структурах мозга, которое приводит к потере возможности раздельного возбуждения элементов, из которых состоит элемент высокого уровня. Другими словами, элемент высокого уровня как бы становится элементом первого уровня и все нейроны, из которых он состоит, могут возбуждаться только вместе.

Эмоции – это субъективные ощущения, сопровождающие появление эпизода сознания (гипервозбуждения) в нейронной сети инстинкта.

Искусственный интеллект, способный к самоосознанию, – это ИИ, способный осознать факт своего существования, то есть создавать модели внешней среды, включающие модель своего поведения.

Интеллектуальная система. Система обладает интеллектом, если она может изменять свою структуру и процессы таким образом, чтобы многократно со статистической достоверностью моделировать процессы, протекающие в надсистеме. При этом с увеличением точности моделирования растёт уровень интеллекта системы.

Искусственный мемстинкт – это система или процесс, являющиеся копией естественного или другого искусственного мемстинкта, мемстинктов или их частей и способные создавать естественные копии.

В самом широком смысле искусство – это набор афферентных сигналов, способных возбудить инстинкт или мемстинкт, который, в свою очередь, возбудит инстинкт, вызванный предметами, процессами, созданными человеком, а также сами эти предметы, процессы и процессы их создания.

Ещё точнее: искусство – это искусственный мемстинкт, вызывающий значительную активацию нейронных сетей мемстинктов и инстинктов.

Бред – это история сознания, построенная из большого количества несвязанных в норме элементов.

Дополненное мышление – это построение историй сознания с использованием искусственных мемстинктов.

Информация – это процесс изменения как минимум двух систем: системы, в которой фиксируются изменения, и системы, фиксирующей изменения, а также промежуточных систем, временно фиксирующих изменения.

М-граф – это граф, все вершины которого инцидентны только одной управляющий вершине, вес которой содержит информацию о в-пути всех остальных вершин.

Управляющая вершина м-графа – это вершина, вес которой хранит информацию о порядке возбуждения вершин графа.

В-путь – это последовательность возбуждения вершин м-графа, отражённая в весе управляющей вершины.

Введение

Изначально план монографии был такой: как можно дольше избегать использования большого количества специальных нейрофизиологических терминов, чтобы статья была понятна учёным, представляющим большой круг когнитивных наук, и лишь в самом конце статьи описать процессы, происходящие в мозге на клеточном и внутриклеточном уровне, – но практика показала, что большое количество специальных терминов приходится вводить практически в самом начале нашей беседы. Если вдуматься, это очень закономерно, ведь нейрофизиология является основополагающей наукой для всех когнитивных, а точнее даже для всех гуманитарных наук так же, как математика для всех естественных. Действительно, любые закономерности, описываемые в любой гуманитарной науке, без чёткого понимания конкретных процессов, происходящих в мозге одного человека или группы взаимодействующих людей, являются всего лишь случайно замеченными корреляциями. С другой стороны, при наличии чёткого понимания таких процессов, в любой гуманитарной науке можно ставить эксперименты с использованием физических приборов, и значит, грань между гуманитарными и естественными науками исчезнет.

Давайте для начала изложим основные принципы нашей с вами теории. Если они будут вам не совсем понятны, не беда: все наши дальнейшие рассуждения как раз и призваны подробно описать и обосновать данные тезисы. А ближе к концу нашей книги мы обстоятельно поговорим с физиологами, приведём ссылки на исследования и обсудим все аспекты взаимодействия нейронов с точки зрения нашей теории.

Нейроны в центральной нервной системе взрослого человека и других животных объединены в группы (нейронные сети), способные последовательно возбуждаться при возбуждении части такой группы. Нейроны конечного мозга животных с развитой ЦНС, особенно кора головного мозга человека, способны создавать такие группы в процессе развития животного.

Наша психика состоит из основных процессов – одновременного возбуждения нейронных сетей из разных источников – и вспомогательных процессов – торможения нейронов для разделения информационных потоков, элементов мемстинктов, мемстинктов и для общего восстановления мозга во время сна, а также других вспомогательных процессов.

Сохранение долгосрочной памяти происходит за счёт создания нейронных сетей и запускается одновременным взаимным возбуждением нейронных сетей мемстинктов и инстинктов (и других врождённых структур, способных поддерживать ритм возбуждения), позволяющим увеличить время их возбуждения до десятков и сотен часов. Контакты между нейронными сетями, активными одновременно, усиливаются. Можно сказать, что сохранение в памяти важных ситуаций происходит за счёт выделения их с помощью врождённых нейронных сетей инстинктов (эмоций).

Все наши произвольные действия (произвольные движения, мышление и т.п.) направлены на уменьшение активации болевых инстинктов и увеличение активации целевых инстинктов.

Сознание появляется в результате сверхвозбуждения частей нейронных сетей при одновременном возбуждении их из разных источников или очень сильного возбуждения из одного.

Осознание себя происходит за счёт наличия большого количества взаимосвязанных мемстинктов (представляющих собой истории), основным действующим лицом которых является их носитель, а также за счёт наличия эффекторных элементов мемстинктов (расположенных в моторной коре), позволяющих носителю осуществлять произвольные движения и произвольно возбуждать (активировать) другие мемстинкты, то есть мыслить (размышлять, планировать, мечтать и т.д. и т.п.).

За счёт генетически и эпигенетически обусловленной архитектоники мозга похожие элементы мемстинктов и мемстинкты сохраняются у людей, принадлежащих к одной культуре, в одинаковых частях коры головного мозга и имеют похожую структуру связей.

Психика в привычном для нас виде формируется за счёт сохранения культурных (похожих у коммуницирующей популяции) элементов мемстинктов (по большей части до наступления пубертатного периода) и мемстинктов (на протяжении всей жизни), а также за счёт сохранения индивидуальных мемстинктов.

Основная цель общения – верификация культурных (одинаковых для коммуницирующей популяции) мемстинктов, поэтому совокупность культурных мемстинктов очень стабильна.

Культура как совокупность похожих у коммуницирующей популяции мемстинктов непрерывно изменяется и может полностью или частично сохраняться даже в случае смерти всей группы при наличии коммуникаций с другими группами, поэтому эволюция культуры не отвечает принципу приспособленности для выживания и развивается по принципам, не всегда соответствующим принципам эволюции живых существ.

Из описанных выше самыми важными являются два следующих процесса:

•      Одновременное возбуждение нейронных сетей из разных источников.

•      В том числе одновременное взаимное возбуждение нейронных сетей мемстинктов и инстинктов для преодоления минимального времени реконсолидации.

В ходе наших размышлений мы сможем выделить три группы основных процессов естественного зооморфного интеллекта человека. Временные процессы, или в-процессы; структурные процессы, или с-процессы; культурные, или к-процессы, а также процессы филогенеза и онтогенеза. Все группы различаются прежде всего по временны́м интервалам протекания процессов. Вре́менные процессы возникают в центральной нервной системе благодаря одновременному возбуждению нейронных сетей или их частей из разных источников. В первой главе мы с вами дадим определение нейронной сети как группы нейронов, способных одновременно (последовательно) возбуждаться при возбуждении и её части. Благодаря одновременному возбуждению из разных источников в каждый конкретный момент времени существуют временные группы клеток, связанные только тем, что имеют одинаковый уровень возбуждения. Активность этих групп клеток мы фиксируем, изучая волновую активность мозга, а также в экспериментах по поиску коррелятов сознания, изучению сетей покоя и множестве других экспериментов, изучающих работу живого мозга. В-процессы – это процессы моделирования внешней среды: мышление, сознание, эмоции и т.д. Интервал протекания процессов: десятки миллисекунд – десятки минут.

Структурные процессы запускаются некоторыми временными процессами и заключаются в создании нейронных сетей. Интервал запуска некоторых с-процессов: 15–20 минут. Нейронные сети хранят воспоминания, благодаря которым возможно моделирование внешней среды. С-процессы мы можем видеть в экспериментах, изучающих консолидацию, реконсолидацию воспоминаний и т.п. Временной интервал протекания с-процессов: десятки часов – десятки лет.

Культурные процессы – это процессы верификации и копирования нейронных сетей в коммуницирующей популяции высших социальных животных. Интервал протекания к-процессов: десятки минут – десятки тысяч лет.

Процессы филогенеза позволяют создать врождённые нейронные сети инстинктов и регулируют процессы онтогенеза. Временной интервал филогенетических процессов: десятки тысяч лет – десятки миллионов лет.

Из всех процессов онтогенеза в ходе наших размышлений, пожалуй, нам будут интересны только процессы нейрогенеза во взрослом возрасте, и связано это с тем, что процессы онтогенеза, как и процессы филогенеза, не оказывают прямого воздействия на интеллектуальные процессы. Только их результат – структуры, возникающие в их ходе, – важен для интеллектуальных процессов.

Попробуем проиллюстрировать принципы нашей с вами теории на самых простых примерах, понятных тем представителям гуманитарных наук, которые пока ещё не очень хорошо разобрались в нейрофизиологии, а после этого начнём уже вводить специальные термины и обсуждать тему подробно.

Итак, мы говорим о том, что группы нервных клеток в нашем мозге, имеющие между собой крепкие связи, могут возбуждаться одновременно. Такие группы могут быть врождёнными (инстинкты) и создаваемыми во время нашей жизни (память). Достаточно возбудить какую-то часть такой группы, чтобы возбудились все остальные клетки. Крепкие связи между клетками группы памяти создаются за счёт того, что клетки будущей группы поддерживаются в активном состоянии длительное время (часы, дни).

Входящий сигнал от рецепторов органов осязания, обоняния, зрения и т.д. возбуждает какие-то группы клеток в коре головного мозга (где хранятся все воспоминания), но возбуждения из одного источника чаще всего недостаточно для серьёзной активации клеток, поэтому большая часть того, что мы видим, слышим, осязаем и т.д., даже не всплывает в нашем сознании и не остаётся в нашей памяти. Теперь представим, что определённый набор сигналов от рецепторов, например набор звуков, соответствующий рыку льва, или набор сигналов от зрительных рецепторов, соответствующий обворожительной форме тела партнёра противоположного пола, параллельно возбудил врождённую нейронную сеть инстинкта. Теперь ситуация поменялась. Нейронные сети инстинктов, расположенные в подкорковых отделах мозга, устроены так, что могут дополнительно возбуждать очень многие части коры головного мозга, в которой, как мы помним, хранятся воспоминания, но инстинкты могут дополнительно возбуждать только те группы клеток памяти, которые активны одновременно с ними. Мы получили пару групп клеток: одна в коре головного мозга, соответствующая будущему воспоминанию, и группа клеток инстинкта. Они возбуждаются вместе, благодаря чему между ними усиливаются связи, а также связи усиливаются между клетками будущего воспоминания. В итоге мы имеем:

во-первых, сохранённую группу клеток памяти, которые были возбуждены в момент, когда возбудилась группа клеток инстинкта, например соответствующих обстановке в кафе, если «включился» инстинкт «партнёра противоположного пола», или, например, соответствующих образу водопоя в саванне, если инстинкт был связан с рыком льва;

во-вторых, группа клеток воспоминания имеет связи с группой клеток инстинкта.

Теперь представим, что мы с вами идём по улице или прогуливаемся по саванне. Сигналы от рецепторов возбуждают определённые части коры головного мозга, но, как и прежде, возбуждение от одного источника недостаточно возбуждает клетки мозга, и вдруг входящий сигнал частично совпадает с группой клеток, содержащих воспоминания об обстановке в кафе или ландшафте у водопоя. Теперь определённая часть клеток коры (память) получает возбуждение от двух источников, мы обращаем внимание на ручей или кафе, они появляются в нашем сознании, одновременно возбуждается связанный со старым воспоминанием инстинкт, и мы начинаем испытывать страх в случае с ландшафтом саванны или приятные чувства в случае с кафе.

Мы с вами описали случай одновременного возбуждения группы клеток из двух источников, приведший и к появлению эпизода сознания, и к сохранению воспоминания, причём один из источников возбуждения – инстинкт – пожалуй, самый важный для сохранения воспоминаний, но всего источников возбуждения намного больше. В конце нашего размышления, когда мы будем говорить с нейрофизиологами, мы перечислим 15 (!) видов возбуждения групп клеток.

Сложно спорить с тем, что практически вся наша психика (поведение, решения) очень сильно зависит от предыдущего опыта. По сути своей воспоминания и инстинкты (потребности) – это и есть наша психика.

Любые корректные научные исследования, проводимые с применением физических приборов, показывают, что все процессы в нервной системе сводятся к основным процессам возбуждения групп нейронов (нейронных сетей) из разных источников и процессам сохранения нейронных сетей, а также к обслуживающим процессам торможения для изоляции отдельных сигналов и нейронных сетей, для предотвращения чрезмерного возбуждения нейронных сетей, имеющих положительные обратные связи, и общего восстановления, а также другим обслуживающим процессам: питанию, электрической изоляции и т.д. и т.п. Все процессы, происходящие в мозге человека, имеют аналоги, иногда упрощённые, происходящие в нервных системах других животных.

Мы чувствуем, запоминаем, думаем одними и теми же группами нейронов (нейронных сетей); кроме того, в этих же нейронных сетях возникает сознание как вид галлюцинации. Но о сознании мы будем говорить ниже.