Общая когнитивная теория
- -
- 100%
- +
Способы возбуждения сетей инстинктов, располагающихся в подкорковых структурах мозга
Первый способ – определённый набор афферентных сигналов.
Второй способ: элементы мемстинктов могут возбуждать инстинкты через реципрокные корково-таламические пути (аксоны веретенообразных нейронов последнего слоя коры).
Третий способ: гиппокамповая формация может дополнительно возбуждать инстинкты.
Четвёртый способ: базальные ядра могут дополнительно возбуждать инстинкты.
Пятый способ – дополнительное возбуждение глиальными клетками, в том числе за счёт регулирования процессов метаболизма.
Шестой способ – наличие в межклеточной среде избыточного количества нейромедиаторов. Возбуждение соседних нейронов за счёт растекания нейромедиатора в межклеточном пространстве или нарушения процессов обратного захвата и утилизации нейромедиаторов.
Седьмой способ – наличие в межклеточной среде избыточного количества агонистов (возбуждающих рецепторов) или антагонистов (тормозящих рецепторов).
Восьмой способ – недостаточное торможение нейронов при разделении нейронных сетей, или недостаточное общее торможение. Может вызываться многими причинами, которые мы будем рассматривать ниже.
Девятый способ – возбуждение другими инстинктами.
Десятый способ – дополнительное возбуждение нейронными сетями мозжечка.
Одиннадцатый способ – наличие неврологических патологий в структурах нервной системы.
Двенадцатый способ – внешнее воздействие.
При одновременном возбуждении элементов мемстинктов из разных источников их возбуждение может достигать определенного уровня, при котором данный элемент становится эпизодом сознания. В некоторых случаях очень сильного возбуждения из одного источника бывает достаточно для появления сознания. По сути своей сознание является одним из видов галлюцинации.
Эмоции в чистом виде (пожалуй, самая характерная – оргазм) – это эпизоды сознания, возникающие в подкорковых центрах, то есть в нейронных сетях инстинктов. При этом эмоции в чистом виде не несут никаких воспоминаний, да и эксперименты показывают, что, например, во время оргазма кора задействована незначительно.
При одновременном возбуждении элементов мемстинктов и инстинктов между ними усиливаются или создаются новые связи, что позволяет им взаимно возбуждать друг друга и благодаря этому поддерживать мемстинкты или их элементы в активном состоянии длительное время (до нескольких суток и более), достаточное для консолидации или реконсолидации мемстинкта.
Торможение элементов мемстинктов
Первый способ – с помощью сети глутаматергических нейронов коры. Таким способом подавляется общее возбуждение нейронов. Выше мы с вами обращали внимание на то, что между элементами мемстинктов, расположенных в коре, и подкорковыми центрами имеются три типа обратных связей, и все три – это положительная обратная связь. Даже таламус, как мы видим, не является фильтром, тормозящим приходящие сигналы, а в основном усиливает некоторые из них. Такая система с тремя положительными обратными связями без общего торможения очень быстро выходила бы на недопустимые уровни возбуждения.
Второй способ – с помощью тормозных элементов инстинктов. Когда благодаря определенному сочетанию активации афферентных нейронов или благодаря обратной связи от активных элементов мемстинктов активируется сеть инстинкта, некоторые восходящие в кору полушарий афферентные сигналы могут тормозиться, что, в свою очередь, мешает возбуждению элементов мемстинктов.
Третий способ – с помощью серотонинергической системы. При активации определённых инстинктов происходит торможение элементов мемстинктов. Те элементы, которые имеют более выраженные связи, тормозятся сильнее. Более выраженные связи, как мы помним, возникают вследствие того, что нейроны элементов мемстинктов вырабатывают факторы роста нервов, и если в данный момент была активна и серотонинергическая система, связи укрепляются.
Четвёртый способ – общее торможение во время сна. Во время медленных фаз сна тормозится значительная часть возбуждения, поступающего по афферентным нейронам, и после этого до фазы быстрого сна остаётся только собственная постепенно затухающая активация мемстинктов благодаря активности NDMA-рецепторов, потерявших магний.
Пятый способ – разделение нейронных сетей. Активная нейронная сеть тормозит ближайшие нейроны, например, с помощью механизмов торможения нейронов соседних гиперколонок.
Шестой способ – с помощью выделения нейропептидных медиаторов (эндорфинов) и т.д.
Седьмой способ – наличие в межклеточной среде недостаточного количества нейромедиаторов.
Восьмой способ – осознанное торможение и торможение волевым усилием. Наша психика избегает возбуждения болевых элементов мемстинктов, которые, как мы помним, связаны с неприятными и болевыми эмоциями (гистамин, некоторые нейропептиды), поэтому элементы мемстинктов, способные возбуждать болевые элементы, тормозятся нашей психикой неосознанно, но человек может научиться это делать и сознательно. Грань между осознанными действием и неосознанным в этом случае, как и во всех других, например при сознательном возбуждении, во время мышления практически отсутствует: это одно и то же действие, которое иногда воспринимается субъективно.
Девятый способ – торможение нейронными сетями мозжечка.
Десятый способ – дополнительное торможение глиальными клетками, в том числе за счёт регулирования процессов метаболизма.
Одиннадцатый способ – наличие неврологических патологий в структурах нервной системы.
Двенадцатый способ – внешнее воздействие.
Все образы, звуки, запахи, тактильные ощущения и т.д. и т.п., включая все наши мысли, мечты, сны, – в общем, все субъективные ощущения, возникающие благодаря появлению эпизодов и историй сознания, – результат активации нейронных сетей, расположенных в коре головного мозга. Результатом появления эпизодов сознания в нейронных сетях инстинктов являются эмоции, например оргазм как одна из самых ярких эмоций. Все иллюзии возникают именно в коре благодаря наличию в ней специфических элементов мемстинктов, которые, в свою очередь, как мы помним, возникают благодаря архитектонике мозга при активном участии инстинктов (которые могут дополнительно возбуждать элемент и при повторной его активации). Именно поэтому несмотря на то, что все элементы мемстинктов возникают у каждого человека индивидуально в постнатальный период, многие из них, особенно простейшие – первого уровня (из-за которых и возникают иллюзии), очень похожи у разных людей. Ещё раз подчеркнём: мы не рождаемся с возможностью, например, различать отрезки прямых, расположенных под разным углом к горизонту, различные простые фигуры, лица и т.д. и т.п. Если говорить точнее, мы рождаемся с нейронными сетями инстинктов, появление эпизодов сознания в которых вызывает эмоции, благодаря чему создаются первые элементы мемстинктов, и уже потом при активации этих элементов у нас возникают эпизоды привычного сознания: образы, звуки, чёрточки, пятна, лица, образ своего дома, любимого луга и т.д. и т.п.
Инстинкты, с одной стороны, настраивают эндокринную систему организма, упрощая определённые типы реагирования; с другой стороны, дополнительно активируют или тормозят мемстинкты, вызывают разные эмоции через холинергический, аминергический, анандамидергический каналы. При этом тормозные функции осуществляются через анандамидергический, серотонинергический, опиоидный и т.д. каналы (например, когда нужно затормозить агрессивное поведение при виде детёныша). С помощью, например, дофаминергических нейронов маркируются положительные воспоминания, а негативные – с помощью гистаминергических и т.п.
Волновая активность мозга
Наша с вами теория утверждает, что психика – это результат возбуждения не отдельных нейронов, а нейронных сетей, то есть синхронизированного возбуждения групп нейронов, поэтому волновая активность мозга является ещё одним подтверждением нашей теории. Мы помним, что нейронные сети одновременно возбуждаются из разных источников, поэтому разные виды волновой активности мозга следует связывать не только и даже не столько с возбуждением мозговых структур, расположенных в разных частях мозга, а скорее с возбуждением одних и тех же структур из одного, двух, трёх источников одновременно или поочерёдно. То есть более высокочастотный ритм может быть результатом подключения ещё одного источника возбуждения, соответственно менее низкочастотный может быть результатом уменьшения активности другого источника возбуждения. Возбуждаться могут как локальные нейронные сети (элементы первого уровня), так и глобальные (мемстинкты). Альфа-ритм, а также мю-ритм, каппа-ритм, тау-ритм, сигма-ритм, лямбда-ритм, по всей вероятности, связаны с первичной активацией элементов первого уровня. При этом мю-ритм, вероятно, в значительной степени можно ассоциировать с активацией волевых элементов, то есть элементов, не только связанных с движением, но и способных активировать другие элементы, поэтому он активируется при умственных нагрузках. Веретенообразная активность, вероятно, может быть связана с активацией мемстинкта, то есть нескольких элементов одновременно, при этом сигма-ритм легко объясняется самостоятельным NDMA-обусловленным возбуждением реконструируемых мемстинктов. При появлении других источников возбуждения и возникновении сознания частота возбуждения нейронов нейронных сетей увеличивается и появляются бета-ритм и гамма-ритм. Тета-ритм связан с дополнительным возбуждением реконсолидируемого мемстинкта гиппокамповой формацией. Ранее мы говорили о том, что различные нейронные сети возбуждаются из разных источников, причём возбуждение в большинстве случаев является реципрокным, то есть взаимным или опосредованно взаимным; в результате этого группа возбуждающихся нейронных сетей, например мемстинкт и инстинкт, представляет собой систему из двух положительных обратных связей. Элементы такой системы без внешнего торможения (отрицательной обратной связи) будут постоянно взаимно возбуждать друг друга, и возбуждение быстро достигнет недопустимого предела. Такой отрицательной обратной связью является вспомогательный процесс общего торможения всех нейронов. Дельта-ритм как раз может быть связан с данным вспомогательным процессом торможения нейронных сетей. Он становится заметен, когда основные процессы возбуждения по какой-либо причине (сон, травма, опухоль и т.д.) менее активны.
Виды памяти
Мы видим, что ультракраткосрочная, краткосрочная и постоянная память – это по сути своей стадии одного процесса, завершающегося созданием консолидации или реконсолидацией мемстинкта. Процесс этот проходит в одних и тех же группах нейронов, но до последней стадии (создание нейронной сети) доходят не все части этой группы. Стадии процесса примерно такие: группа клеток ультракратковременной памяти (нейроны, получившие возбуждение чаще всего из одного источника), если происходит подключение других источников возбуждения, может стать эпизодом или историей сознания. При подключении дополнительных источников возбуждения группа клеток может войти в стадию консолидации или реконсолидации и в итоге стать мемстинктом или элементом мемстинкта, как раз и являющимся единицей долгосрочной памяти.
У синестетов элементы мультимодального уровня настолько успешно и (или) часто реконсолидируются (улучшают связи между нейронами), что элементы, из которых они состоят, теряют возможность возбуждаться по отдельности. Поэтому синестезия часто встречаются у людей с хорошей памятью, например, единственный известный синестет, чьи элементы объединяли модальности пяти уровней, Шерешевский[91], обладал абсолютной памятью.
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: все нейроны, из которых он состоит, могут возбуждаться только вместе.
Кроме этого, у человека есть ещё инстинктивная память, то есть генетически и эпигенетические определяемые нейронные сети инстинктов, способные реагировать на определённые сочетания входящих сигналов, но объём этой памяти по сравнению с долгосрочной памятью ничтожен.
Есть ещё один вид памяти – двигательная память, которая сохраняется благодаря созданию нейронных сетей в мозжечке. Из-за того, что когнитивные процессы в значительной мере связаны с эпизодами и историями сознания, которые не появляются в мозжечке, мы с вами уделили непростительно мало внимания этой важной части мозга. Процессы, возникающие в мозжечке, и их взаимосвязь с процессами, протекающими в различных частях мозга, должны быть подробно описаны в другой работе, которую ещё предстоит написать; мы же с вами можем предположить, что они очень похожи на процессы формирования мемстинктов, протекающие в коре мозга.
Глава 10. Математикам. Какие математические инструменты нужно добавить в теорию графов, чтобы адекватно описать граф зооморфного интеллекта. Как создать полноценную модель психики
Помните, ещё в самом начале наших размышлений мы разработали малую модель культуры и говорили о необходимости вернуться к данному вопросу и определить вехи разработки более полной модели? Теперь, когда входящие сигналы от зрительных рецепторов активировали элементы первого уровня, отвечающие за распознавание букв, а эти элементы, в свою очередь, благодаря тому что входят в состав элементов более высокого уровня, активировали их, что привело к активации мемстинкта первой главы :– скорее всего, да, вспомнили. Ну что ж, не будем обманывать свои ожидания (а они у нас есть, ведь мы продолжили наши размышления, значит, нам это интересно, или, другими словами, в данный мемстинкт входит целевой элемент) и попробуем составить более полную модель человеческой культуры или, если угодно, модель человеческой психики как копии части всей культуры.
Для этого нам нужно будет обратиться господам математикам. Здравствуйте, господа математики. Не откажите в помощи двоюродным братьям своим гуманитариям, ведь мы хотим и наши науки добавить в список точных наук. Что ж, попробуем представить, из чего могла бы состоять большая модель человеческой психики. Для представления мы будем использовать системный подход и теорию графов. Начнём с самых маленьких частей нашей системы. Наверное, чтобы не потеряться в деталях, нам стоит остановиться на элементах мемстинктов первого уровня и не учитывать более мелкие части, такие как отдельные нейроны или даже молекулы, их составляющие, хотя наиболее полная модель, конечно, должна начинаться с молекулярного уровня или хотя бы учитывать процессы, происходящие внутри и снаружи клетки. Итак, вершинами графа, представляющего модель человеческой психики, будут являться элементы мемстинктов первого уровня.
Существующий инструментарий теории графов идеально подходит для описания существующих систем слабого искусственного интеллекта и не очень хорошо подходит для описания самоподдерживающихся процессов естественного интеллекта. Мы можем предположить, что как раз существующий инструментарий и оказал значительное влияние на дизайн существующих систем слабого искусственного интеллекта.
Граф зооморфного интеллекта состоит из отдельных графов нейронных сетей мемстинктов и элементов мемстинктов. Давайте назовём такие графы м-графами. М-графы весьма специфичны. Мы с вами говорили ранее о разделении разных нейронных сетей. Это разделение осуществляется разными способами, в том числе торможением соседних нейронов, но, пожалуй, основной способ разделения нейронных сетей – это отсутствие прямых связей между элементами одного уровня. Представить, как это работает, можно, посмотрев на гиперколонки первичной сенсорной коры, которые в нашей теории частично ассоциируются с элементами первого уровня. Ассоциативные волокна соединяют их в большей мере с другими частями коры и в меньшей мере друг с другом. Другие части коры – это как раз и есть элементы более высоких уровней. В итоге мы видим, что м-граф состоит из нескольких элементов низкого уровня и одного элемента высокого уровня, причём элементы низкого уровня не соединены между собой рёбрами, но соединены рёбрами с элементом более высокого уровня. М-граф – весьма необычный граф, ведь не все его вершины равнозначны. Вершина высокого уровня, в которой сходятся рёбра, соединяющие её с вершинами низкого уровня (инцидентные с вершинами низкого уровня ребра), управляет последовательностью воспроизведения элементов низкого уровня. Её даже можно рассматривать как некий орган управления в системе элемента мемстинкта высокого уровня. Давайте назовём эту вершину управляющей вершиной.
Управляющая вершина м-графа – это вершина, вес которой хранит информацию о порядке возбуждения вершин графа.
Еще одна особенность м-графа – это упорядоченность возбуждения вершин по времени. В теории графов существует понятие пути и направленности рёбер, но в м-графе последовательно возбуждаются вершины, не соединённые напрямую рёбрами. Выражаясь образно, можно сказать, что это некий путь во времени. Давайте назовём эту характеристику м-графа, информацию о которой содержит вес управляющей вершины, в-путём.
В-путь – это последовательность возбуждения вершин м-графа, отражённая в весе управляющей вершины.
М-граф – это граф, все вершины которого инцидентны только одной управляющей вершине, вес которой содержит информацию о в-пути всех остальных вершин.
Вид графа, необходимый для описания всего зооморфного интеллекта, тоже отсутствует в существующей теории графов. Наиболее подходящий вид графа – гиперграф – представляет собой вид графа, в котором каждое ребро может связывать различное количество вершин; другими словами, каждая вершина может входить одновременно в разные подграфы, но в нашем случае вершинами графа элементов следующего уровня являются графы элементов низкого уровня. Повторим ещё раз: наш граф состоит из управляющих вершин, которые сами являются графами, и так как минимум три раза. Поскольку такой вид графа используется нами для описания интеллектуальных систем, давайте назовём его и-графом.
И-граф – это граф, вершины которого являются м-графами. Вершины и-графа первого уровня являются пустыми графами. Вершины и-графа второго уровня являются м-графами первого уровня и т.д. Таким образом, элемент мемстинкта третьего уровня является м-графом, управляющие вершины которого входят вместе с вершинами второго уровня в граф второго уровня, вершины которого, в свою очередь, являются управляющими вершинами, входящими в графы первого уровня.
По всей вероятности, специфической особенностью любой интеллектуальной системы и уж точно нашего мозга является возможность создавать самоподдерживающиеся процессы. В нашем мозге такие процессы организованы путём наличия самовозбуждающихся систем, являющихся друг для друга положительной обратной связью. Например, нейронная сеть мемстинкта может поддерживать возбуждение нейронной сети инстинкта, а та, в свою очередь, может поддерживать возбуждение нейронной сети мемстинкта и т.п. По сути своей большинство основных процессов в нашем мозге поддерживают активность друг друга, являясь друг для друга положительными обратными связями. Кроме того, процессы способны создавать структуры, которые, в свою очередь, могут поддерживать активность процессов. Например, набор входящих афферентных сигналов может запустить процесс консолидации нового мемстинкта, который затем сможет возбуждаться самостоятельно при возбуждении одной из его частей и поддерживать возбуждение других нейронных сетей. Некоторые процессы в человеческом мозге могут поддерживаться на протяжении периодов, сопоставимых с периодом жизни. Значительная часть мемстинктов реконсолидируются на протяжении всей жизни, некоторые регулярно под воздействием внешней среды, но значительную роль в возбуждении и последующей реконсолидации могут играть и процессы самовозбуждения. Например, наличие сильного целевого элемента, связанного с игрой в казино, может заставлять человека регулярно искать данный тип развлечения, или, например, наличие у учёного сильного целевого мемстинкта, связанного с научной работой, способно развивать этот мемстинкт на протяжении лет, десятилетий, а может и всей жизни, способствуя появлению новых открытий. Мы говорили о том, что загрузка в существующие системы слабого искусственного интеллекта разнородных данных, то есть данных, построенных не на основе ограниченного количества (алфавита) элементов первого уровня, принципиально не может позволить данным системам обладать характеристикой самоосознания, но, пожалуй, основное отличие существующего слабого искусственного интеллекта от естественного заключается в отсутствии самовозбуждающихся внутренних процессов. В существующих интеллектуальных системах изменение внутренних структур происходит только (или в основном) на этапе обучения, а возбуждение процессов после этого происходит только за счёт внешнего воздействия. Такие системы напоминают нейронную сеть инстинкта «стукнул здесь – дёрнулось там»: загрузил фото – получил обработанное фото и т.д. В естественном интеллекте значительная часть процессов, происходящих в каждый конкретный момент, – это самоподдерживающиеся процессы, и информация о них составляет суть моделирования внешней среды. Да, основные процессы естественного интеллекта практически полностью прерываются во время медленной стадии сна, но и поступление внешней информации также практически прерывается. Наша система как бы не работает, находится в выключенном состоянии. В любой другой момент основная часть процессов возбуждается не за счёт внешнего воздействия, а за счёт самоподдерживающаяся процессов.
Ещё одна важная причина, по которой существующий инструментарий теории графов не очень подходит для описания естественного интеллекта, – сложность моделирования самоподдерживающихся процессов внутри графа.
При моделировании мы должны учитывать то, что на вход может подаваться не любая информация, а лишь информация, состоящая из ограниченного набора состояний датчиков (рецепторов внешней среды). Живой организм имеет ограниченное количество рецепторов, передающих сигналы через ограниченное количество нервов. Мы можем считать единицей условной кодировки сигналов сигнал, приходящий в подкорковые отделы мозга по одному афферентному аксону. Афферентных сигналов значительно меньше, чем внешних рецепторов в организме. Таким образом, в модели мы можем подавать на вход не функции, а последовательность дискретных сигналов 0 и 1. Причём определённый набор сигналов будет всегда активировать определённый элемент мемстинкта первого уровня и (или) инстинкт. Для упрощения модели мы можем рассматривать только наборы входящих сигналов, активирующих нейронные сети. Ограниченное количество таких наборов составит алфавит естественного интеллекта.
Признав, что на вход могут поступать только наборы сигналов, активирующие «алфавит интеллекта», мы с вами упростили процесс моделирования.
Поскольку наши вершины (элементы первого уровня) могут одновременно возбуждаться из нескольких источников, а каждая вершина в каждый конкретный момент времени может находиться в нескольких стадиях возбуждения, для простоты давайте считать их окрашенными в разные цвета. Мы должны учитывать минимум три стадии возбуждения. Не возбуждены – вершины синего цвета, умеренно возбуждены – вершины красного цвета, стали эпизодом сознания – вершины оранжевого цвета. Это немного усложняет нашу модель, но входящие сигналы по-прежнему могут увеличивать стадию возбуждения только на одну единицу.
Вес ребра в нашей модели характеризует нейронные связи между вершинами. Вес ребра может быть маленьким, и тогда соединяемые им вершины не будут активироваться одновременно; он может быть большим – соединяемые вершины будут возбуждаться одновременно, если находятся на верхних стадиях возбуждения; и он может быть максимальным, тогда соединяемые вершины будут возбуждаться всегда при возбуждении одной из них. Вес ребра вырастает вместе с ростом интервала времени, в течение которого соединяемые вершины находятся в возбуждённом состоянии. То есть чем дольше возбуждены соседние вершины, тем больше вес ребра между ними.
Элемент высокого уровня (управляющий элемент) содержит информацию о порядке возбуждения входящих в него элементов низкого уровня. Как мы уже говорили, соединяя напрямую с помощью рёбер в отдельный граф элементы низкого уровня, мы не сможем получить и-граф. Для примера воспользуемся опять аналогией из языка, ведь, как мы уже неоднократно замечали, устройство языка совершенно не случайно похоже на устройство системы мемстинктов психики. Если мы соединим элементы первого уровня – фонемы – в слова напрямую, то у нас получится очень ограниченный набор слов, ведь, как мы помним, в и-графе подграф, состоящий из вершин, соединённых ребрами с большим весом, становится обособленным и приобретает свойства вершины элемента высокого уровня, то есть его вершины могут активироваться только вместе, а значит, не могут иметь смежных вершин на своём уровне. То есть, другими словами, если мы имеем набор элементов, соответствующий алфавиту, в котором есть только один элемент, соответствующий букве «а», только один элемент, соответствующий букве «б», один элемент, соответствующйй букве «в», и т.д., то мы сможем составить из такого набора букв очень ограниченное количество слов (как при игре в «Эрудит» с использованием только одного набора букв). Если же мы имеем возможность создать элемент высокого уровня (вершину высокого уровня), хранящий запись о последовательности букв, пределы нашего словарного запаса сразу увеличиваются до количества всех возможных комбинаций отдельных букв алфавита. Вершина и-графа высокого уровня имеет вес, характеризующий в-путь (последовательность воспроизведения) обособленного подграфа низкого уровня, связанного с ней.