Эволюция сознания

[Лаплас]

Как говорилось...

Хаотическая динамика и, как следствие, возможность её упорядочения возникает, когда фазовые траектории системы глобально ограничены и локально неустойчивы. В данном случае нейронную сеть активизируют импульсы от рецепторов, а также у нейронов есть собственная активность. В результате такого притока энергии в динамике нейронов возникает неустойчивость, что приводит к её упорядочению.

Упорядочение проявляется в синхронизации нейронов. Биологический нейрон — это автоволновой осциллятор, который сам по себе хаотически генерирует нервные импульсы, поэтому торможение приводит к угнетению этой функции, возбуждение к активизации, а синхронизация означает появление согласованности в активности нейронов. При этом за счёт особенностей нейронов и различной архитектуры в разных отделах сети, параметры волновых процессов в них отличаются. Например, синхронизированная активность в больших популяциях нейронов считается главным механизмом образования так называемых ритмов в головном мозге.

В то же время из-за постоянного изменения поступающей рецепторной информации и изменений собственной активности нейронов динамика некоторых нейронных ансамблей синхронизируется селективно, то есть отдельные нейроны в мозге начинают функционировать более упорядоченно, чем другие нейроны мозга. Например, нейроны зрительной коры, рецептивное поле которых содержит объект внимания, сильнее синхронизированы на γ-частоте (гамма-ритм, самая высокая частота активности нейронов в мозге, наиболее энергичный процесс), чем нейроны, которые реагируют на объекты вне внимания.

Вследствие селективной синхронизации происходит дополнительное усиление связи между группами нейронов, которые несут наиболее важную для животного информацию, поэтому в этой части опыта повышается скорость обработки информации, уменьшается время реакции, повышается уровень точности, чувствительности к небольшим изменениям в стимуле. Причём так как когерентная динамика элементов самоорганизующейся системы не зависит от расстояния, то, несмотря на то, что данные поступают одновременно и концентрируются в разных областях мозга, формируется целостная структура упорядоченной активности нейронов, в которой разнородная информация связана друг с другом, обобщая все качества стимула в целостный образ.

В сознании это воспринимается как фокус внимания — самая чёткая и яркая составляющая сознания. Что полностью сообразно с наибольшей энергичностью и наибольшей упорядоченностью этого процесса, по отношению ко всем остальным процессам в организме. 

В итоге на общем фоне менее упорядоченной активности, происходящей на меньшей частоте, выделяются наиболее энергичные ансамбли нейронов, синхронизированные более чётко и на более высокой частоте. Которые, как аттрактор, задают нынешнюю цель действий, притягивая в её направлении фазовые траектории других систем мозга, тем самым упорядочивая работу мышц и желёз животного в направлении этой цели.

Далее о «движении во времени».

[Evol]

Уважаемый Лаплас, Вы пишите в духе синаптической теории Д. Хебба, если я правильно понял.
Так этот подход развил еще Д. Хопфильд, когда излагал идею о коллективизме функционирования мозговых структур.
В чем принципиальная новизна Вашего личного взгляда на проблему?

[Evol]

Если мне не изменяет память, на основе такого подхода культивируется популярная осцилляторная модель ассоциативной памяти как результата энтропийного параметрического смешения нескольких волновых составляющих (four-wave mixing process).
Я не вник в матаппарат, прилагающийся к модели, но уяснил из него, что коллективизм трактуется как ансамбль процессов восприятия, хранения и воспроизведения информации. Это логично, коль на базе этого вывода до сих пор разрабатывается модель сетей из так называемых операционных усилителей. Которые, как раз, представляют эти волновые составляющие, а именно:
- взвешенную сумму сигналов, определяемых как общий выходной сигнал,
- наборы выходных сигналов, в свою очередь, характеризуют состояние нейронной сети в каждый фиксированный момент времени,
- обобщение указанных моментов порождает акт обучения, который возможно свести к подбору соответствующего весового коэффициента в общем процессе формирования знания или навыка,
- наконец, замыкающий процесс рассматривается как организация устойчивых состояний равновесия (гомеостаза); которые описываются как образы, запоминаемые сетью и воспроизводимые при ее посредстве.

Вы это хотите донести нам? Это известные многим вещи.

[Evol]

В противовес тому Н.П. Бехтерева разрабатывает иную систему взглядов на проблему хранения информации в мозговых структурах, которую называют волновым подходом. Он, наверное, очень понравится уважаемому василию андреевичу, поскольку основан на идее существования комбинаторики, процессов, связанных с постоянным разрушением ансамблей когерентно работающих нейронов, возникших до того и реорганизацией процессов сложения новой когерентности. Почему, в зависимости от комбинаций, отклик на один и тот же сигнал может оказаться различным. 

[Evol]

Это Вы подразумеваете под физикой мозга, уважаемый Лаплас?

[Evol]

Просто Вы, по ходу изложения, упоминали про гомеостаз, осцилляции, я и решил уточнить.

[Evol]

А про фазовую синхронизацию, уважаемый Лаплас (сейчас посмотрел Вашу ссылку), действительно, это может оказаться штукой, весьма любопытной.
А расстояния тут присутствуют, только это не метрика, а диапазон между длинами волн электромагнитного спектра, я понял так. Тогда поведение нейронов станет походить на движение заряженных частиц в магнитном поле.
Если окажется, что это так - будет настоящий прорыв, несомненно, считаю.

[Evol]

Вот, кстати, в связи с тем кое-что вспомнилось.
Сегодня, как я, пока, усвоил, существуют три основных концепции, разъясняющих формирование памяти в процессе обучения.
Здесь уже упоминали о реверберации, увязывающей рабочую память с циркуляцией нервных импульсов по замкнутым синаптическим цепям. Это - первая, которая, пишут, неплохо согласуется с запоминанием более простых речевых сигналов.
Другая предполагает существование самоподдерживающихся структур периодической нейронной активности. Это оказывается возможным благодаря кратковременным и обратимым изменениям физико-химических свойств нейронных мембран и особенностям динамики медиаторов в синапсах. Такой подход удобен для описания организации и хранения сложных визуальных образов.
Третья гипотеза дополняет вторую положениями из первой в форме так называемого свойства последеполяризации (afterdepolarization). Суть ее состоит в том, что после генерации потенциала действия возбудимость мембраны нейрона временно увеличивается, т.е. порог возбуждения нейрона понижается не непродолжительный период. Благодаря этому ансамбль таким образом возбужденных нейронов осуществляет краткосрочное запоминание и хранение информации, представленной в виде, например, текстов, в которых визуальный образ определенного знака соединен с определенным набором звуков.

[Evol]

А вот пример работы в электромагнитном поле от меня.
Читаем текст, возбуждаем ПД. Нейроны с пониженным порогом не дают нам запутаться в хитросплетении знаков в тексте, подведенных к нашему вниманию как ток во внешнем проводнике.
Кратковременные изменения химических сигналов, по аналогии, воспринимаю, как поток частиц определенной топологии, стабилизированный в магнитном поле. Понятное дело, текст естественным образом порождает в нашем сознании мысленный образ, который химически дополняется (обрабатывается) до достижения гомеостаза, то есть устойчивости воспроизведения.
Наконец, благодаря реверберации мы оказываемся способны воспроизвести то, что утвердилось в равновесии писанным текстом или речью, компенсируя возросший потенциал возбуждения наподобие того, как возбужденный электрон переизлучает в более длинноволновом диапазоне.
Действительно, объяснятся приходится, обычно, дольше, нежели понять, разок взглянув на картинку.
 

[Evol]

И наши трактовки по ходу обсуждения бывают очень пространными, хотя, казалось бы, чего кота тянуть за хвост, просто посмотрите на факты и свидетельствовать о чем-то ином не будет нужды!

[Evol]

Я правильно понимаю то, о чем пишите Вы, уважаемый Лаплас?

[Evol]

Для тех, для кого понятия о реверберации, нейронных ансамблях внове, поясню проще.
Ток - поток заряженных частиц в магнитном поле. С ростои интенсивности потока растет сила воздействия магнитного поля на объект (точечный заряд или нейтральную частицу).
В ответ организуется эдс, индуктивно организующая устойчивое (компенсированное) состояние в магнитном поле.
Можно вспомнить о сопротивлении.
Достижение устойчивости связано с ростом возбуждения, которое в пространстве между уровнями энергии Е0-Е1 определяется как достижение определенного уровня с последующим излучением света.
Понижение порога возбуждения под давлением (физическая деформация, уплотнение) сопровождается выделением тепла, по количеству которого можно судить о величине понижения порога, уплотнения.
Вслед за выделением тепла возникает поток звуковых колебаний (уровни Е1-Е2).
Привычная, в общем-то, механика.

[Лаплас]

Evol, модели возникают или на общем уровне интерпретации наблюдаемого, или на конкретном уровне математического моделирования наблюдаемых процессов. Такие общие модели как самоорганизация, гомеостаз, аттрактор, неравновесные фазовые переходы, синаптическая пластичность, нейрон как автоволновой осциллятор, синхронизация или принципы работы нейронных сетей — это самые общие и общепринятые модели, которыми описывается работа мозга. И их достаточно, чтобы в таком же общем и целом показать как сознание связано с его работой — что я сейчас и делаю. Причём так как указанные модели, то есть описываемые ими явления, можно найти не только в работе мозга, но и клетки, и неживой природы, то выводы о сознании можно сделать широкие. Конкретики же математических моделей я не касался, так как это уже прикладной уровень в данном описании значения не имеющий.

Собственно, я только недавно указал, что «речь об общем — о том, что уже известно. И известно достаточно много, чтобы сделать выводы о сознании — например, с какими известными явлениями, представленными в работе мозга, оно связано в первую очередь или как особенности сознания коррелирует с особенностями устройства мозга как органа, его функцией и её организацией.»

Таким образом, как я уже писал раньше, никаких своих теорий я не разрабатываю и ничего своего не предлагаю, во всяком случае к этому стремлюсь. А о том, что я всё-таки «предлагаю», будет позже, когда речь пойдёт о связи «материальных нейронов» и «абстрактного сознания». Правда, в некотором смысле там будет мало радости.
***

«Устойчивые состояния», то есть возникшая в системе упорядоченность — это уровень динамического равновесия, аттрактор системы, гомеостаз же — это поведение системы, направленное на поддержание динамического равновесия, неизменными своих основных параметров.

Что касается памяти, то синхронизация неотделима от динамики мозга как нейронной сети (о чём говорилось в этом посте), которая в случае биологической нейронной сети включает в себя и реверберацию (суть обратные связи и, как следствие, циркуляция возбуждения), и синаптическую пластичность.

Например, слова произносятся последовательно, и кратковременная память позволяет прежде запомнить все слова фразы, после чего построить ответ согласно смыслу фразы как целого, а не её отдельных слов. То же относится другим последовательно происходящим событиям. Объём кратковременной памяти в ходе эволюции увеличивается, и чем он больше, тем большим объёмом обстоятельств животное может активно оперировать и, как следствие, тем более сложную стратегию действий сформировать. Например, по некоторым оценкам, объём кратковременной памяти у человека в три раза превышает такой же у человекообразных обезьян.

Но это уже выходит за рамки темы о сознании. Я обо всём сразу писать не успеваю.

[Evol]

То, что Вы пишите, я понимаю, все же биолог по образованию.
Но Вы раз сказали "физика", значит, Ваши взгляды должны быть связаны с какой-то из ее областей.
Я, лично, ищу аналогии с электродинамикой и механикой.

А Вы, я не могу до сих пор понять.

[Evol]

Позволю себе уточнить.
Гомеостаз - это не поведение, а способность или состояние, достигаемое через эту способность.
Я лично не исключаю, что Вы можете оказать умнее всех участников на форуме, но, пожалуйста, будьте, как рекомендуется мудрецам, попроще, опишите физику сознания более доступно.