Элементарные единицы мышления - с точки зрения нейрофизиологии

Что именно происходит в мозге, когда он создает то, что мы называем мышлением? Является ли мышление уникальной особенностью человека? Прежде чем ответить, давайте рассмотрим интеллектуальные подвиги попугая Алекса, описанные в разд. «Сравнение 15-2: Интеллект животных».

Алекс обладал удивительными для птицы когнитивными способностями. В последние 40 лет большой интерес вызывали интеллектуальные способности шимпанзе и дельфинов, однако интеллектуальная жизнь Алекса кажется не менее богатой, чем интеллектуальная жизнь представителей этих двух видов животных с крупным головным мозгом.

Способность птиц мыслить является ключом к пониманию нейронных механизмов мышления. Логично было бы предположить, что мышление, являющееся сильной стороной человека, должно быть обусловлено какими-то особенностями массивного неокортекса человека (неокортекс, или «новая кора», — один из двух основных типов коры больших полушарий, более молодая филогенетически). Однако у птиц нет неокортекса. Вместо этого в процессе эволюции у них возникли специфические мозговые ядра, которые по своим функциям во многом напоминают слои коры головного мозга человека.

Такие различия в организации переднего мозга птиц и млекопитающих говорят о том, что мышление должно быть обусловлено активностью сложных нейронных систем, а не определенного отдела головного мозга.

Теория нейронных сетей лежит в основе концепции Дональда Хебба (Donald Hebb, 1949), которая предполагает, что клеточные ансамбли (объединения нейронов) создают репрезентации объектов или идей, а взаимодействие между нейронными системами выливается в такую сложную психическую деятельность, как познание. Соединения между нейронами не случайны — нейроны образуют системы и подсистемы. По-видимому, мышление является продуктом активности таких сложных нейронных сетей. Один их способов определить их роль состоит в том, чтобы проанализировать ответы отдельных нейронов, вовлеченных в когнитивный процесс.

Эксперимент 1. Как отдельные нейроны опосредуют когнитивную деятельность?

Выводы. Повышение уровня возбуждения нейронов коррелирует с восприятием движения обезьянами. Это позволяет предположить, что восприятие обусловлено активностью отдельных клеток, а не сум марной активностью множества нейронов.

Уильям Ньюсом и его коллеги (William Newsome, 1995) использовали этот подход, чтобы научить обезьян распознавать нужное движение, глядя на телевизионный экран с движущимися точками. Разд. «Эксперимент 1», п. «Процедура» показывает, как исследователи меняли сложность задания, изменяя число движущихся в одном направлении точек. Если все точки двигаются в одном направлении, воспринимать все точки как движущиеся очень легко. Однако, если в одном направлении движется лишь малая часть точек, распознать движение в заданном направлении намного сложнее.

В действительности для того чтобы движение в заданном направлении можно было распознать, необходимо, чтобы в одном направлении двигалось некое пороговое число точек. Если в одном направлении движется слишком мало точек, у зрителя создается впечатление случайного движения. По-видимому, мозг определяет, что точки движутся в определенном направлении, исходя из доли движущихся в одном направлении точек.

После того как обезьяны научились выполнять задание, исследователи регистрировали электрическую активность отдельных нейронов в зрительной области V5 (V1-V5 — зоны, входящие в состав зрительной коры), которая содержит клетки, чувствительные к движению в определенном направлении. Когда рецептивное поле пересекает движущийся вертикально объект, чувствительный к движению в вертикальном направлении нейрон начинает активно генерировать потенциалы действия. При этом, точно так же как и у зрителя, у нейрона есть порог восприятия движения в одном направлении.

Если в определенный момент случайная активность точек поднимется до уровня, не позволяющего нейрону распознать движение в требуемом направлении, нейрон перестанет реагировать, поскольку не сможет выявить какую-либо закономерность движения.

С другой стороны, тот факт, что отдельные нейроны могут влиять на наше восприятие видимого движения, говорит в пользу сильной корреляции между активностью отдельной клетки и восприятием.

Результаты «Эксперимента 15-1» неоспоримы: чувствительность отдельных нейронов схожа с индивидуальной чувствительностью обезьян к видимому движению. Как показано в п. «Результаты», если отдельные нейроны были не в состоянии отреагировать на стимул, обезьяны вели себя так, как будто бы у них отсутствовало восприятие видимого движения.

а) Для сравнения. Интеллект животных. Обладающие интеллектом животные мыслят. Все мы знаем, что попугаи могут говорить, однако большинство из нас считают, что они не умеют говорить осмысленно. Африканскому серому попугаю по кличке Алекс удалось доказать, что это не так. Айрин Пепперберг (Irene Pepperberg), которую сфотографировали вместе с Алексом и еще одним попугаем, исследовала способность Алекса мыслить и использовать речь более тридцати лет (Pepperberg, 1990, 1999, 2006).

Обычный сеанс общения Алекса и Пепперберг выглядел примерно следующим образом (Mukerjee, 1996): Пепперберг показывала Алексу поднос с четырьмя пробками. «Сколько?» — спрашивала она. «Четыре», — отвечал Алекс. Затем она показывала попугаю металлический ключ и зеленый пластиковый ключ и спрашивала:
- Какая игрушка?
- Ключ.
- Сколько?
- Два.
- Что разное?
- Цвет.

Алекс не просто знал слова — слова имели для него значения. Он правильно применял английские названия множества цветов (красный, зеленый, синий, желтый, серый, фиолетовый, оранжевый), геометрических фигур (с двумя, гремя, четырьмя, пятью и шестью углами) и материалов (пробка, дерево, сыромятная кожа, камень, бумага, мел, шерсть). Он также называл различные предметы, сделанные из металла (цепь, ключ, терка, поднос, игрушечный грузовик), дерева (прищепка, кубик), пластика и бумаги (чашка, коробка).

Самое удивительное, что Алекс использовал слова, чтобы идентифицировать предметы, просить предметы и отказываться от предметов. Он отвечал на вопросы об абстрактных понятиях, таких как цвет, форма, материал, размеры и количество свыше 100 объектов.

Алексу часто приходилось думать о сложных вещах. Когда ему показывали поднос с шестью предметами (круглый розовый кусок кожи, кусок фиолетовой шерсти, треугольный фиолетовый ключ, четырехугольный желтый кусок кожи, пятиугольный оранжевый кусок кожи, шестиугольный фиолетовый кусок кожи и фиолетовую металлическую коробку) и спрашивали: «Какой формы фиолетовый кусок кожи?», Алекс отвечал правильно: «Шестиугольный».

Чтобы дать такой ответ, Алексу нужно было понять вопрос, найти правильный объект правильного цвета, сформулировать ответ на вопрос о форме объекта и выразить его в словесной форме. Это сложная задача — ведь четыре объекта были кусками кожи, а три объекта были фиолетовыми.

Алекс не мог отреагировать только на один признак. Вместо этого ему пришлось сопоставить такие признаки, как кожа и фиолетовый цвет, и найти объект, имевший оба указанных признака. Затем ему нужно было определить форму объекта. Очевидно, что для этого требовались значительные умственные усилия, однако Алекс раз за разом успешно справлялся с такими заданиями.

Было видно, что Алекс понимает, что говорит. Если он просил один предмет, а ему показывали другой, он обычно говорил «нет» и повторял просьбу. В действительности многократно получая не те предметы во время эксперимента, он говорил «нет» и повторял просьбу в 72% случаев, говорил «нет» и не повторял просьбу в 18% случаев, просил другой предмет в 10% случаев.

Такие ответы позволяют предположить, что у Алекса формировались какие-то ожидания, когда он высказывал просьбу. Он знал, что просит, и ожидал получить именно это.

На фото — африканский серый попугай Алекс, Айрин Пепперберг и ряд предметов, которые Алекс умел пересчитывать и описывать, а также отвечать на вопросы о них. Алекс умер в 2007 г. в возрасте 31 года

Это любопытный результат. Зная, что область V5 образована большим количеством нейронов, логично было бы предположить, что восприятие обусловлено ответами обширного пула нейронов. Потеря нескольких нейронов области V5 вряд ли повлияет на восприятие движения. Однако нам следует помнить об описанном в гл. 9 случае Л. М., утратившей способность видеть движение из-за обширного поражения области V5.

Предложенная Хеббом теория клеточных ансамблей (объединений нейронов, обеспечивающих репрезентацию сложного понятия, рис. 1) представляет собой некий способ, позволяющий свести воедино поступающие на отдельные нейроны входные сигналы для достижения консенсуса. В данном случае нейронный ансамбль обеспечивает репрезентацию сенсорного события (видимого движения), улавливаемого благодаря активности ансамбля. Клеточные ансамбли могут быть распределены внутри достаточно крупных областей головного мозга; они также могут быть сосредоточены в более мелких структурах, например в корковых колонках.

Рисунок 1. Клеточный ансамбль Хебба. «Клетки, которые одновременно возбуждаются, связаны друг с другом».

С помощью компьютерного моделирования ученые-когнитивисты продемонстрировали способность клеточных ансамблей производить сложные статистические вычисления. Считается, что в выполнении таких сложных задач, как определение цвета объекта попугаем Алексом, также задействованы клеточные ансамбли. Клеточные ансамбли создают основу познания. Разные ансамбли объединяются для производства связных мыслей совсем как составляющие речь слова.

Каков вклад каждого отдельного нейрона в деятельность клеточного ансамбля? Каждый из них выполняет функцию отдельного вычислительного блока. Как показывает разд. «Эксперимент 15-1», даже единичный нейрон может возбуждаться сам по себе, если суммированные входящие сигналы показывают, что движение возникло. Нейроны единственные элементы в головном мозге, способные комбинировать данные, создавая знания. Они представляют собой основу когнитивных процессов и мышления. Объединение отдельных нейронов в новые нейронные сети обеспечивает создание сложных психических репрезентаций, например идей.

б) Закрепление изученного. Прежде чем продолжить, проверьте себя.
1. Познание или мышление использует возможности _______ , _______ и _______ на стимулы.
2. В отличие от других животных, человек имеет дополнительное преимущество — _______ , которая обеспечивает _______ мышления.
3. _______ представляет собой элементарную единицу мышления.
4. Расскажите о наиболее значимых отличиях мышления человека от мышления других животных.

в) Ответы на вопросы для самоконтроля:
1. В следующем порядке: концентрации внимания; идентификации; формирования осмысленной реакции.
2. Речь; гибкость.
3. Нейрон.
4. Большинство человеческих мыслей имеют вербальную форму. Язык помогает нам категоризировать информацию и позволяет организовать наше поведение во времени.

- Читать далее "Познание и ассоциативная кора - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 4.12.2023