Кибернетика и интегративная деятельность мозга

Соотношение кибернетики и нейрофизиологии выражается прежде всего в том, что кибернетика стремится наиболее полно и наиболее адекватно моделировать основные законы деятель­ности мозга. <...>

Становится все более очевидным, что рабочие контакты ней­рофизиологии и кибернетики поставили совершенно недвусмыс-

ленные требования построить такую нейрофизиологическую мо* дель интегративной деятельности целого мозга, которая отвеча­ла бы двум основным требованиям: а) она должна быть доста­точно убедительно обоснована фактическими результатами со­временной нейрофизиологии и вместе с тем б) быть той большой кибернетической архитектурой, в которую вписываются все тон­кие аналитические результаты, полученные при изучении любых частных механизмов мозга. Именно поэтому, прежде чем перей­ти к конкретным нейрофизиологическим механизмам формиро­вания поведенческого акта, нам нужно раскрыть состав самой архитектуры поведенческого акта.

СТАДИЯ АФФЕРЕНТНОГО СИНТЕЗА

Нейрофизиологический смысл этой стадии в формировании поведенческого акта состоит в том, что она позволяет тщательно обработать, сопоставить и синтезировать всю ту информацию, которая необходима организму для совершения наиболее адек­ватного для данных условий приспособительного акта.

Афферентный синтез является наиболее ответственным мо­ментом интеграции, он является в полном смысле этого слова уз­ловым механизмом функциональной системы. Он помогает реше­нию трех основных параметров всякого поведенческого акта: что делать, как делать и когда делать. <<...>

Если вдуматься в эти три вопроса, связанные с принятием решения, то станет очевидным, что каждый из этих вопросов представляет собой фактор выбора, т. е. исключения избыточных степеней свободы, являющихся неизбежным следствием анато­мической и физиологической композиции организма.

В самом деле, попытаемся проанализировать, какой смысл вложен в решение вопроса: что делать? В силу особенностей расположения и иннервации отдельных, часто весьма дробных мышечных образований организм животных так сконструирован, что практически в каждый данный момент потенциально он мо­жет свершить миллионы возможных движений и, следовательно, миллионы моторных актов. Иллюстративно говоря, человек мо­жет указать пальцем на какой-то предмет, он может встать со стула, он может повернуть голову к окну и т. д. и т. п. Ясно, что таких индивидуализированных моторных актов он может произ­вести миллионы. Однако в данной ситуации, например, человек протягивает руку именно к карандашу и берет его.

Возникает естественный вопрос: на каком физиологическом основании к периферическим органам, т. е. к мышечным аппара­там, вышли возбуждения именно для этого моторного акта, а все остальные миллионы степеней свободы были исключены?

С другой стороны, тот же карандаш в ряду последовательных поведенческих актов данного человека должен быть взят именно в тот момент, когда он является следствием завершенного

афферентного синтеза, переходящего в «принятие решения» «взять карандаш». Если бы карандаш был взят значительно по­зднее того момента, когда должен был быть совершен акт пись­ма, он не привел бы к положительному приспособительному эф­фекту. Следовательно, вопрос «когда?» также должен решаться адекватно в результате афферентного синтеза, т. е. в результате сопоставления и соподчинения всех действующих в данный мо­мент афферентных сигналов из внешнего мира поставленной де­ли к действию. <...>

Все, что говорилось выше, показало, что из всех узловых ме­ханизмов поведенческого акта наиболее ответственным и наибо­лее широким по охвату специфических свойств целого мозга яв­ляется афферентный синтез. Именно отсюда же происходит и его значимость для поведения вообще, и его крайняя ранимость по отношению ко всякого рода воздействиям на организм. Мне думается, что именно эти характерные свойства афферентного синтеза заставили И. П. Павлова уже очень давно подчеркнуть, что афферентная сторона в деятельности центральной нервной системы является, «так сказать, творческой», в то время как за эфферентной функцией он признавал только «техническую» роль.

Это определение весьма красочно и в то же время наиболее адекватно отражает роль стадии афферентного синтеза. Она не­избежно заканчивается «принятием решения», но это и есть в сущности «творческий акт», поскольку на основании тысяч раз­нородных информации принимается решение о выборе одного акта из миллионов возможных!

СОСТАВ СТАДИИ АФФЕРЕНТНОГО СИНТЕЗА

Каков же состав афферентного синтеза по качеству и коли-* чеетву всех информации, обработка которых должна повести к «принятию решения»? Физиологический анализ методом услов­ных рефлексов показывает, что в его состав входят следующие ка« чественно различные компоненты:

а) доминирующая мотивация,

б) обстановочная афферентация,

в) пусковая афферентация,

г) память. <...>

а) Доминирующая мотивация. Состояние доминирующей мо­тивации может быть создано или на основе исходных гормональ­ных и метаболических превращений организма, или на основе прежней последовательности в поведенческих актах. Примером первого типа мотиваций может служить чувство голода, приме­ром второго типа мотиваций может служить, например, стремле­ние поступить в высшее учебное заведение, коллекционировать какие-либо предметы и другие, «основные влечения», по Павло-

ву. И та и другая мотивации, являясь доминантными, обладают способностью обрабатывать поступающую в мозг информацию в соответствии со своим энергетическим потенциалом. Конечно, второй вид мотивации для своего формирования требует более длительного собирания и обработки огромного количества ин­формации, часто получавшейся на протяжении большого перио­да времени, однако принципиальные архитектурные черты этой стадии для того или другого случая одинаковы. Какие физиоло­гические механизмы начинают и реализуют в коре больших полушарий доминирующую мотивацию? Специальные электрофи­зиологические эксперименты показали, что мотивация, т. е. гос­подствующее в данный момент состояние, весьма интересно дей­ствует на кору головного мозга. Восходящие возбуждения био­логически различных мотиваций избирательно мобилизуют в коре головного мозга именно те синаптические организации, кото­рые в процессе прошлого жизненного опыта животного или чело­века были связаны с удовлетворением такого же состояния. Бла­годаря такому избирательному распространению возбуждений по коре больших полушарий создаются энергетические условия для занятия превалирующего в функциональном отношении по­ложения теми корковыми ассоциациями, которые в прошлом способствовали возникновению и удовлетворению имеющейся в данный момент потребности. <;...>

Легко видеть, что уже одно наличие доминирующей мотива­ции значительно облегчает организму «принятие решения». Сра­зу же на уровне первых синаптических организаций подкорки происходит «оттеснение» с помощью тормозного процесса всей той информации, которая не имеет конструктивной функцио­нальной связи ни в прошлом опыте, ни в наличной ситуации с той мотивацией, которая занимает в данный момент организм. <...>

Какая замечательная способность мозга оперировать динами­чески, включая все то, что в той или иной степени адекватно на­личной мотивации, и исключая всю ту информацию, которая ей неадекватна! <...>

б) Обстановочная афферентация. Под обстановочной аффе-рентацией мы понимаем совокупность всех тех внешних воздей­ствий на организм от данной обстановки, которые вместе с ис­ходной мотивацией наиболее полно информируют организм о вы­боре того действия, которое более всего соответствует наличной в данный момент мотивации. Физиологическая роль и поведен­ческий смысл обстановочной афферентации состоит в том, что она прежде всего благодаря свойственному ей относительному постоянству действия создает в центральной нервной системе весьма разветвленную и интегрированную систему возбуждений, своего рода нервную модель обстановки...

Значение обстановки как особого типа афферентной инфор­мации особенно отчетливо проявляется в классическом экспери­менте по условным рефлексам. Здесь животное, находясь много

раз в обычной для него обстановке эксперимента, фактически оказывается полностью подготовленным к секреторной реакции, т. е. имеет все центральные процессы для осуществления ее.^ Од­нако по нашему опыту мы знаем, что условной секреторной ре­акции у животного в промежутках между раздражениями не бы­вает до тех пор, пока не будет введен условный стимул. Таким образом, в момент, когда животное спокойно сидит в станке в промежутке между применениями отдельных условных раздра­жителей, в его нервной системе имеется комплекс разнородных организованных ранее возбуждений, который мы в свое время назвали «предпусковой интеграцией». <...>

В прежнее время имело заметное преувеличение роли услов­ного раздражителя в условном рефлексе. Считалось само собой разумеющимся, что условный раздражитель является абсолют­ным и единственным поводом к возникновению условной секре­ции. Теперь, с раскрытием закономерности динамического сте­реотипа (И. Павлов), становится все более и более ясным, что видимая условная реакция является результатом обширного афферентного синтеза, в который включаются в различной последовательности как внутренние, так и внешние фак­торы. <...>

в) Пусковая афферентация... Если доминирующая мотивация
определяет собой, что именно должен делать организм, а обста­
новочная афферентация определяет, как он должен делать в I
данной ситуации, то пусковой стимул определяет третий важный
Параметр поведенческого акта: когда надо делать то, что под- !
сказано и мотивацией, и обстановкой...

Казалось бы, что афферентный синтез мог бы быть полностью обеспечен разобранными выше компонентами и вся структура поведенческого акта могла бы быть введена в действие. Однако практически ни один поведенческий акт не может быть сформи­рован, если из памяти организма, т. "е. из его прошлого опыта, не будут извлечены все те молекулярные следы, условнорефлек-торные связи и ассоциации, которые накапливались на протя­жении всей предыдущей жизни организма, в аналогичных или близких ситуациях. <...>

г) Память как компонент афферентного синтеза... Надо пред­
ставить себе на минутку все динамическое многообразие процес­
сов, описанных выше, чтобы понять, насколько грандиозным яв­
ляется объем процессов, вовлеченных в этот синтез. Как мы ви­
дели, в него входят не только проблемы соотношения различных
типов афферентных воздействий на нервную систему, но и глу­
бинные процессы формирования наших влечений и мотиваций,
и даже процессы памяти, которые сами по себе являются необъ­
ятной проблемой. Мы должны лишь не забывать, что память и
извлечение из памяти могут быть нам интересными только в том
смысле, что они помогают в каждый данный момент построить
целесообразное поведение.