Психофізіологічні основи свідомості

 

Основні теорії СВІДОМОСТІ

Складність пояснення механізмів свідомості породила безліч те­орій. Деякі дослідники намагалися навіть виділити ізольовані гру­пи клітин, назвавши їх «центром свідомості». Проте численні екс­периментальні дані засвідчують, що вищі психічні функції форму­ються за допомогою об'єднання в єдину систему різних і функціо­нально неоднакових структурних утворів нервової системи і спеці­альної організації нервових процесів мозку, завдяки чому виникає високий ступінь організації мозкової інтеграції. Такі самі процеси є основою механізмів свідомості.

Можна виділити три основні теорії свідомості: теорію «світлої плями», запропоновану І. П. Павловимі теорію повернення збу­дження в структури мозку первинних проекцій та інформаційного синтезу і теорію зв'язку свідомості із спілкуванням та мовою.

Теорія «світлої плями»

Вивчаючи основні нервові процеси в головному мозку, І. II. Пав- лов у 1913 р. дійшов висновку, що розуміння нейрофізіологічних механізмів свідомості є одним із головних завдань у науці про мо­зок. Він пов'язував свідомість з діяльністю ділянки головного моз­ку, що перебуває в стані оптимального збудження («світлої плями»), у якій легко утворюються умовні рефлекси й різні диференціації і яка переміщується по корі мозку. І. П. Павлов вважав, що свідо­мість є не тільки в людини, а й у тварин. Ділянки мозку не пов'язані зі свідомістю («світлою плямою»), на його думку, належать до механізмів несвідомої діяльності.

Використання сучасних методів «зображення живого мозку» (гог зитронно-емісійна томографія, функціональний магнітний резо­нанс, комп'ютерна електроенцефалографія) підтвердило гіпотезу І. П. Павлова про наявність активної ділянки мозку в період свідо­мої діяльності людини.

Теорія свідомості як світлої плями набула розвитку у працях ла­уреата Нобелівської премії Ф. Кріка (Р. Сгіск, 1984). Він припустив, що в мозку є спеціальний апарат, що створює «промінь прожектора»

і пов'язаний з особливою формою уваги і гамма-осциляціями в елек­тричній активності головного мозку. Він вважає, що таким апара­там є нейрони ретикулярної субстанції вентрального відцілу тала­муси, які впливають на нейронні групи дорсальних відділів тала­муси і підвищують його збудливість, що, у свою чергу, приводить до посилення імпульсації до певних зон кори головного мозку. Водно­час інші групи дорсального таламуса залишаються загальмовани­ми. Ним установлено, що час такої високої збудливості певної діля­нки кори становить близько 100 мс, після чого посилена імпульса^- ція йде до іншої ділянки кори. Ф. Крік вважає, що зона кори мозку, яки отримує підвищену імпульсацію, є в такий момент ніби центром уваги. У зв'язку з тим, що «прожектор» переміщується на ІНШІ ділянки головного мозку, вони об'єднуються в єдину систему, чому сприяє синхронізація активності нейронних груп на одній ча­стоті, що відбувається знову-таки за рахунок впливів нейронних груп дорсального таламуса і короткочасної модифікації діяльності відповідних синапсів. При цьому в спільну діяльність нейронних груп кори головного мозку одночасно включаються комплекси ней­ронів різних зон мозку, завдяки чому забезпечуються вищі психічні функції, у тому числі і свідомість. Автор припускає також одночас­не функціонування кількох «прожекторів».

Ф. Крік зазначає, що усвідомлення об'єкта або явища потребує певної уваги і короткочасної пам'яті, яку він поділяє на сенсорну і робочу. Робоча пам'ять має велике значення у формуванні свідомо­сті і тісно пов'язана з фронтальними ділянками кори. Ознаки об'єкта, що вміщені в робочу пам'ять, використовують знання для того, щоб визначитися, які ділянки мозку мають збуджуватися од­ночасно для виділення об'єкта, на який спрямована увага. У разі довільної уваги промінь «прожектора» спрямовується на ті або інші ділянки кори мозку командами, що виходять з робочої пам'яті. У процесах свідомості використовується також і сенсорна пам'ять, що забезпечує розмаїття суб'єктивних вражень. F. Crick, Cr. Koch (.1995) указують, що в процесах свідомості потрібна певна актив­ність фронтальної кори для того, щоб суб'єкт повідомив про своє усвідомлене сприйняття подразнення.

11.4. Повторний вхід збудження й інформаційний синтез у процесах свідомості

11.4.1. Повторний вхід збудження

Вперше ідею про інформаційний синтез як мозкової основи фор­мування суб'єктивних переживань у 1976 р. висунув О. М. Івани- цький. У 1981 р. Дж. Едельман і В. Мауткастел запропонували те­орію повторного входу збудження в систему, що створює основу свідомості. Потім цю теорію було експериментально і теоретично під­тверджено в працях О. М. Іваницького (1997).

Відповідно до теорії повторного входу всі елементарні процеси вищої свідомості є переривчастими. Така переривчастість пов'язана з циклічним повторенням деякої послідовності подій, що забезпе­чується повторним входженням збудження в ту саму групу нерво­вих клітин. Процеси свідомості побудовані таким чином, що ім­пульс, який виникає у будь-якій системі, входить у неї повторно немов зовнішній сигнал. З урахуванням цього було висунуто при­пущення, що сенсорна інформація від навколишнього світу і внут­рішнього середовища після її попереднього оброблення в первинній нейрональній групі повторно входить у неї, повертаючись після до­даткового оброблення в інших групах нервових клітин.

О. М. Іваницький (1997) при пред'явленні одних і тих самих по­дразників записував викликані потенціали і визначав кількісні показники викликаних потенціалів соматосенсорного і зорового відчуттів. Для їх отримання він і його колеги застосовували методи теорії виявлення сигналу (Swets et al., 1961), відповідно до якої процес сприймання визначається за допомогою двох незалежних змінних^ показника сенсорної чутливості (фізіологічний показник) і критерію рішення, що формувався мотиваційними факторами (психологічний показник). Було встановлено, що амплітуда ранніх форм викликаного потенціалу статистично вірогідно корелювала з показниками сенсорної чутливості, а пізні хвилі — із критерієм рі­шення, що формувався мотиваційними факторами. При цьому було виявлено, що проміжні хвилі з тривалістю 140 мс для соматосен­сорного і 180 мс для зорового аналізаторів також статистично віро­гідно корелювали з показником сенсорної чутливості і критерієм рішення. Проте така подвійна кореляція була характерною тільки для кіркового центру аналізатора. Амплітуда проміжних хвиль за­лежала від сенсорних властивостей стимулу і його значущості.

На підставі цих досліджень О. М. Іваницький у своїй теорії «ін­формаційний синтез як основа відчуттів» переконливо показує, що основою механізму подвійної кореляції є коловий рух нервових ім­пульсів з центральною станцією в проекційній корі аналізатора (рис. 23). Спочатку збудження від проекційної кори (центр аналіза­тора) надходить в асоціативну кору (для зорових подразників — це відділи скроневої частки; для соматосенсорних — вторинні і тре­тинні зони соматосенсорного аналізатора). Після цього подразнен­ня надходить до структурних утворів лімбічної системи і гіпокам- пального комплексу, а також до підкіркових центрів емоцій і моти­вацій. Від цих утворів системою дифузійних проекцій імпульс по­вертається в кору головного мозку, зокрема в проекційну кору. Нер­вові імпульси, що повернулися від підкіркових центрів емоцій і мо­тивацій, накладаються в нейронах проекційної кори на сліди сен-

Психофізіологія свідомості

І'ис. 23. Схема колового руху збудження у разі виникнення відчуття (за О.М. Іваницьким, 1997) Центральна ланка — синтез інформації про фізичні й сигнальні властивості стимулу на нейронах проекційної кори

 

сорного подразнення. На цьому етапі або трохи раніше у процес утягується кора лобових часток. Викликані потенціали, що вини­кали на нейронах переважно проекційної кори, відбивали поєд­нання двох видів інформації: наявної інформації про фізичні хара­ктеристики сенсорного подразнення і витягнених з пам'яті (лобова кора) відомостей про його значимість.

Як видно з наведеного рисунка, синтез наявної інформації і тієї, що витягається з довгострокової пам'яті, визначає появу вже пси­хічного процесу — відчуття.

Рух збудження по представленому колу забезпечує постійне зі­ставлення сигналів, які надходять із зовнішнього і внутрішнього середовища, що і становить психічний моніторинг змін, які відбу­ваються. Цей психічний процес здійснюється з періодом кванту­вання в межах 100 - 180 мс, що відповідає часу, зазначеному в тео­рії прожектора.

Виникле відчуття людини впізнається за участю лобової кори, а також вербальних центрів. При цьому сигнал у вербальних центрах виникає на 200 мс пізніше виниклого усвідомлення подра­знення.

Інформаційний синтез

Інформація, що надходить до людини, обробляється в дискрет­них нейронних мережах. Проте не вся вона усвідомлюється. Проце­си інформування людини про результати когнітивних операцій утворюють вищий рівень особливої субсистеми свідомості, у котру

входять механізми, що регулюють генералізовані і локалізовані активації мозку (Н. М. Данилова, 2001).

Процеси активації із зовнішнього середовища, а також повторне входження збудження в одні і ті самі нейрональні мережі після до­даткового оброблення інформації в інших нейрональних групах безперервно підтримують високий рівень активності нейронних мереж вищої субсистеми свідомості. Ця система функціонує під іє­рархічним контролем відповідно до правила зверху вниз. Сигнали з префронтальної кори йдуть до асоціативної тім'яно-скроневої ко­ри і витягають з неї (з довгострокової пам'яті) потрібну інформацію та переводять її в робочу пам'ять з метою контролю за поведінкою (Н.М. Данилова, 2001). Генералізована і локальна імпульсація із неспецифічних систем стовбура мозку (ретикулярна формація й ін.\ а також таламуса досягає нейрональних мереж головного моз­ку, чим створюються умови, потрібні для оброблення інформації, що надійшла. При перериванні зв'язків ретикулярної формації й інших утворів стовбура мозку з нейрональними мережами, що об­робляють інформацію, виникають порушення свідомості аж до її повного вимкнення.

Установлено, що при вирівнюванні ритмів діяльності різних структур головного мозку між ними виникають зв'язки (М. Н. Ли- ванов, 1972). Показником внутрішньокіркових зв'язків є синхроні­зація ритмів електроенцефалограми. Експериментальні дані на­шого часу підтвердили ідею М. Н. Ливанова про те, що просторова синхронізація ритмічної активності мозку є одним з механізмів об­роблення інформації. При цьому такий зв'язок між нейронами моз­ку виявляється у високоякісній синфазній синхронізації нейронної активності в гамма-діапазоні.

Деякі автори (№. Siger, 1990, 1991 та ін.) вважають, що коли­вання 40 Гц можуть синхронізувати нейрональну активність нер­вових клітин, які реагують на різні сторони об'єкта або явища, а отже, вони становлять елементи свідомості.

О. М. Іваницький (1990, 1997) створив метод картування внут- рішньокіркової взаємодії, в основу якого покладено уявлення про те, що наявність у різних відділах мозку в спектрах електроенце­фалограми частотних піків, які точно збігаються, засвідчує, що в них є нейроні групи, що працюють в одному ритмі, а тому функціо­нально пов'язані одна з одною.

Пропонуючи випробовуваним на екрані монітора завдання на образне, просторове й абстрактно-вербальне мислення, О. М. Іва­ницький установив, що звичайний і досить симетричний малюнок зв'язків на електроенцефалограмі спостерігався в стані спокою й істотно змінювався при розумовій діяльності. Так, при розумовій роботі утворюються численні зв'язки між нейронами. При цьому залежно від виконуваної діяльності такі зв'язки сходяться до певинн ділянок кори головного мозку, де утворюються центри (вузли) не кипілі.них зв'язків, які О. М. Іваницький назвав фокусами взає­модії Нін установив, що топографія фокусів взаємодії мала свою специфічну картину залежно від виконуваних розумових операцій: при образному мисленні фокуси взаємодії спостерігалися переваж­но м і ім'шю-скроневих ділянках; при абстрактно-вербальному мис- іігчин у лобових відділах кори головного мозку, а при розв'язанні просторових завдань (експеримент охоплював елементи обох видів мислення — образні й абстрактно-вербальні) такі фокуси на ранніх •ч ипах розв'язання завдань утворювалися в задніх, а потім — у пе­редніх відділах кори мозку.

Функціональна асиметрія мозку впливає на перебіг багатьох мозкових процесів. Так, за даними О. М. Іваницького й ін. (1990), инпробупаному давалося завдання подумки побудувати образ з на­бору простих фігур. При цьому було встановлено, що в осіб з пере- ііііжііпням першої сигнальної системи, за І. П. Павловим, фокуси іи.іі модії знаходилися в основному в правій півкулі (субдомінант- ні (і), п в осіб з переважанням другої сигнальної системи (мовної) — у лівій півкулі (домінантній). Крім того, на етапі надходження зо­рового образу фокуси взаємодії розміщувалися в потиличній і скро­невій ділянках кори (зона упізнання), а на етапі конструювання пбрццу у лобовій корі головного мозку. Виявлено також, що при розв'язанні завдань на етапі пошуку рішення в процес утягується вербальна зона скроневої кори мозку домінантної півкулі, у тому числі й у випадках, коли мовна відповідь не була потрібною.

О. М. Іваницький (2001) установив, що до фокусів взаємодії під­ходить зв'язки різної частоти. При цьому кожен із зв'язків прино­сить до такого центру свою інформацію від інших ділянок кори або від підкіркових утворів. У фокусі взаємодії інформація, що прийш­ли, може бути порівняна і певним чином перекомбінована. Отже, основна функція фокусу взаємодії зводиться до інформаційного син­тезу, що дуже близький до процесів, які відбуваються у проекційній корі під час відчувань.

Слід зазначити, що в процесі інформаційного синтезу виріша­льну роль відіграє асоціативна кора мозку, а не проекційна, як це • •постерігається при відчуттях. У фокусі взаємодії відбувається зі­ставлення імпульсів, що приходять із центрів мотивації, з інфор­мацією, яка витягається з довгострокової пам'яті. Завдяки проце­сам, що відбуваються у фокусах взаємодії, досягається кінцева мета розумового процесу — прийняття того або іншого рішення, що пе­реживається у вигляді мислення, і знайдення потрібної відповіді.

Фокус взаємодії складається з груп нейронів, що мають різну ча­стотну характеристику, настроєних на однакові з ними частоти гру­пп нейронів периферійних структур. Ці зв'язки є двобічними і здат-

здатні сприймати і передавати інформацію від однієї групи до ін­шої з урахуванням співвідношення фаз коливань.

Усередині фокуса взаємодії групи нейронів працюють на різних частотах. Н. П. Бехтерєва (1980) і О. М. Іваницький (2001) вважа­ють, що усередині фокуса взаємодії зв'язки між групами нейронів мають бути жорсткими і ґрунтуватися на структурних змінах у си- нагісах.

Фокус взаємодії отримує інформацію, що циркулює в різних ней- ронних мережах, у тому числі сенсорну імпульсацію, відомості, які зберігаються в оперативній і довгостроковій пам'яті, а також імпу­льси від мотиваційних центрів.

Отже, підводячи підсумки вищевикладеному, можна дійти ви­сновку, що теорія інформаційного синтезу є основою суб'єктивних переживань, тобто свідомості.