Общая когнитивная теория

Василий Алексеевич Сычев, 2021

К своему 125-летию знаменитый журнал Science опубликовал список величайших загадок, которые современная наука ещё не разгадала. На втором месте авторы журнала, лучшие ученые мира, расположили вопрос о биологической основе сознания. Общая когнитивная теория, представленная в данной монографии, даёт ответ на этот важный вопрос. А также на множество других, не менее важных. Можно ли создать искусственный интеллект, способный осознать себя? Как мы овладеваем языком? Как культура сохраняется на протяжении тысячелетий? Для студентов и преподавателей, а также всех интересующихся проблемами особенностей функционирования психики и ее формирования.

Введение

Изначально план монографии был такой: как можно дольше избегать использования большого количества специальных нейрофизиологических терминов, чтобы статья была понятна учёным, представляющим большой круг когнитивных наук, и лишь в самом конце статьи описать процессы, происходящие в мозге на клеточном и внутриклеточном уровне, — но практика показала, что большое количество специальных терминов приходится вводить практически в самом начале нашей беседы. Если вдуматься, это очень закономерно, ведь нейрофизиология является основополагающей наукой для всех когнитивных, а точнее даже для всех гуманитарных наук так же, как математика для всех естественных. Действительно, любые закономерности, описываемые в любой гуманитарной науке, без чёткого понимания конкретных процессов, происходящих в мозге одного человека или группы взаимодействующих людей, являются всего лишь случайно замеченными корреляциями. С другой стороны, при наличии чёткого понимания таких процессов, в любой гуманитарной науке можно ставить эксперименты с использованием физических приборов, и значит, грань между гуманитарными и естественными науками исчезнет.

Давайте для начала изложим основные принципы нашей с вами теории. Если они будут вам не совсем понятны, не беда: все наши дальнейшие рассуждения как раз и призваны подробно описать и обосновать данные тезисы. А ближе к концу нашей книги мы обстоятельно поговорим с физиологами, приведём ссылки на исследования и обсудим все аспекты взаимодействия нейронов с точки зрения нашей теории.

Нейроны в центральной нервной системе взрослого человека и других животных объединены в группы (нейронные сети), способные последовательно возбуждаться при возбуждении части такой группы. Нейроны конечного мозга животных с развитой ЦНС, особенно кора головного мозга человека, способны создавать такие группы в процессе развития животного.

Наша психика состоит из основных процессов — одновременного возбуждения нейронных сетей из разных источников — и вспомогательных процессов — торможения нейронов для разделения информационных потоков, элементов мемстинктов, мемстинктов и для общего восстановления мозга во время сна, а также других вспомогательных процессов.

Сохранение долгосрочной памяти происходит за счёт создания нейронных сетей и запускается одновременным взаимным возбуждением нейронных сетей мемстинктов и инстинктов (и других врождённых структур, способных поддерживать ритм возбуждения), позволяющим увеличить время их возбуждения до десятков и сотен часов. Контакты между нейронными сетями, активными одновременно, усиливаются. Можно сказать, что сохранение в памяти важных ситуаций происходит за счёт выделения их с помощью врождённых нейронных сетей инстинктов (эмоций).

Все наши произвольные действия (произвольные движения, мышление и т.п.) направлены на уменьшение активации болевых инстинктов и увеличение активации целевых инстинктов.

Сознание появляется в результате сверхвозбуждения частей нейронных сетей при одновременном возбуждении их из разных источников или очень сильного возбуждения из одного.

Осознание себя происходит за счёт наличия большого количества взаимосвязанных мемстинктов (представляющих собой истории), основным действующим лицом которых является их носитель, а также за счёт наличия эффекторных элементов мемстинктов (расположенных в моторной коре), позволяющих носителю осуществлять произвольные движения и произвольно возбуждать (активировать) другие мемстинкты, то есть мыслить (размышлять, планировать, мечтать и т.д. и т.п.).

За счёт генетически и эпигенетически обусловленной архитектоники мозга похожие элементы мемстинктов и мемстинкты сохраняются у людей, принадлежащих к одной культуре, в одинаковых частях коры головного мозга и имеют похожую структуру связей.

Психика в привычном для нас виде формируется за счёт сохранения культурных (похожих у коммуницирующей популяции) элементов мемстинктов (по большей части до наступления пубертатного периода) и мемстинктов (на протяжении всей жизни), а также за счёт сохранения индивидуальных мемстинктов.

Основная цель общения — верификация культурных (одинаковых для коммуницирующей популяции) мемстинктов, поэтому совокупность культурных мемстинктов очень стабильна.

Культура как совокупность похожих у коммуницирующей популяции мемстинктов непрерывно изменяется и может полностью или частично сохраняться даже в случае смерти всей группы при наличии коммуникаций с другими группами, поэтому эволюция культуры не отвечает принципу приспособленности для выживания и развивается по принципам, не всегда соответствующим принципам эволюции живых существ.

Из описанных выше самыми важными являются два следующих процесса:

• Одновременное возбуждение нейронных сетей из разных источников.

• В том числе одновременное взаимное возбуждение нейронных сетей мемстинктов и инстинктов для преодоления минимального времени реконсолидации.

В ходе наших размышлений мы сможем выделить три группы основных процессов естественного зооморфного интеллекта человека. Временные процессы, или в-процессы; структурные процессы, или с-процессы; культурные, или к-процессы, а также процессы филогенеза и онтогенеза. Все группы различаются прежде всего по временны́м интервалам протекания процессов. Вре́менные процессы возникают в центральной нервной системе благодаря одновременному возбуждению нейронных сетей или их частей из разных источников. В первой главе мы с вами дадим определение нейронной сети как группы нейронов, способных одновременно (последовательно) возбуждаться при возбуждении и её части. Благодаря одновременному возбуждению из разных источников в каждый конкретный момент времени существуют временные группы клеток, связанные только тем, что имеют одинаковый уровень возбуждения. Активность этих групп клеток мы фиксируем, изучая волновую активность мозга, а также в экспериментах по поиску коррелятов сознания, изучению сетей покоя и множестве других экспериментов, изучающих работу живого мозга. В-процессы — это процессы моделирования внешней среды: мышление, сознание, эмоции и т.д. Интервал протекания процессов: десятки миллисекунд — десятки минут.

Структурные процессы запускаются некоторыми временными процессами и заключаются в создании нейронных сетей. Интервал запуска некоторых с-процессов: 15–20 минут. Нейронные сети хранят воспоминания, благодаря которым возможно моделирование внешней среды. С-процессы мы можем видеть в экспериментах, изучающих консолидацию, реконсолидацию воспоминаний и т.п. Временной интервал протекания с-процессов: десятки часов — десятки лет.

Культурные процессы — это процессы верификации и копирования нейронных сетей в коммуницирующей популяции высших социальных животных. Интервал протекания к-процессов: десятки минут — десятки тысяч лет.

Процессы филогенеза позволяют создать врождённые нейронные сети инстинктов и регулируют процессы онтогенеза. Временной интервал филогенетических процессов: десятки тысяч лет — десятки миллионов лет.

Из всех процессов онтогенеза в ходе наших размышлений, пожалуй, нам будут интересны только процессы нейрогенеза во взрослом возрасте, и связано это с тем, что процессы онтогенеза, как и процессы филогенеза, не оказывают прямого воздействия на интеллектуальные процессы. Только их результат — структуры, возникающие в их ходе, — важен для интеллектуальных процессов.

Попробуем проиллюстрировать принципы нашей с вами теории на самых простых примерах, понятных тем представителям гуманитарных наук, которые пока ещё не очень хорошо разобрались в нейрофизиологии, а после этого начнём уже вводить специальные термины и обсуждать тему подробно.

Итак, мы говорим о том, что группы нервных клеток в нашем мозге, имеющие между собой крепкие связи, могут возбуждаться одновременно. Такие группы могут быть врождёнными (инстинкты) и создаваемыми во время нашей жизни (память). Достаточно возбудить какую-то часть такой группы, чтобы возбудились все остальные клетки. Крепкие связи между клетками группы памяти создаются за счёт того, что клетки будущей группы поддерживаются в активном состоянии длительное время (часы, дни).

Входящий сигнал от рецепторов органов осязания, обоняния, зрения и т.д. возбуждает какие-то группы клеток в коре головного мозга (где хранятся все воспоминания), но возбуждения из одного источника чаще всего недостаточно для серьёзной активации клеток, поэтому большая часть того, что мы видим, слышим, осязаем и т.д., даже не всплывает в нашем сознании и не остаётся в нашей памяти. Теперь представим, что определённый набор сигналов от рецепторов, например набор звуков, соответствующий рыку льва, или набор сигналов от зрительных рецепторов, соответствующий обворожительной форме тела партнёра противоположного пола, параллельно возбудил врождённую нейронную сеть инстинкта. Теперь ситуация поменялась. Нейронные сети инстинктов, расположенные в подкорковых отделах мозга, устроены так, что могут дополнительно возбуждать очень многие части коры головного мозга, в которой, как мы помним, хранятся воспоминания, но инстинкты могут дополнительно возбуждать только те группы клеток памяти, которые активны одновременно с ними. Мы получили пару групп клеток: одна в коре головного мозга, соответствующая будущему воспоминанию, и группа клеток инстинкта. Они возбуждаются вместе, благодаря чему между ними усиливаются связи, а также связи усиливаются между клетками будущего воспоминания. В итоге мы имеем:

во-первых, сохранённую группу клеток памяти, которые были возбуждены в момент, когда возбудилась группа клеток инстинкта, например соответствующих обстановке в кафе, если «включился» инстинкт «партнёра противоположного пола», или, например, соответствующих образу водопоя в саванне, если инстинкт был связан с рыком льва;

во-вторых, группа клеток воспоминания имеет связи с группой клеток инстинкта.

Теперь представим, что мы с вами идём по улице или прогуливаемся по саванне. Сигналы от рецепторов возбуждают определённые части коры головного мозга, но, как и прежде, возбуждение от одного источника недостаточно возбуждает клетки мозга, и вдруг входящий сигнал частично совпадает с группой клеток, содержащих воспоминания об обстановке в кафе или ландшафте у водопоя. Теперь определённая часть клеток коры (память) получает возбуждение от двух источников, мы обращаем внимание на ручей или кафе, они появляются в нашем сознании, одновременно возбуждается связанный со старым воспоминанием инстинкт, и мы начинаем испытывать страх в случае с ландшафтом саванны или приятные чувства в случае с кафе.

Мы с вами описали случай одновременного возбуждения группы клеток из двух источников, приведший и к появлению эпизода сознания, и к сохранению воспоминания, причём один из источников возбуждения — инстинкт — пожалуй, самый важный для сохранения воспоминаний, но всего источников возбуждения намного больше. В конце нашего размышления, когда мы будем говорить с нейрофизиологами, мы перечислим 15 (!) видов возбуждения групп клеток.

Сложно спорить с тем, что практически вся наша психика (поведение, решения) очень сильно зависит от предыдущего опыта. По сути своей воспоминания и инстинкты (потребности) — это и есть наша психика.

Любые корректные научные исследования, проводимые с применением физических приборов, показывают, что все процессы в нервной системе сводятся к основным процессам возбуждения групп нейронов (нейронных сетей) из разных источников и процессам сохранения нейронных сетей, а также к обслуживающим процессам торможения для изоляции отдельных сигналов и нейронных сетей, для предотвращения чрезмерного возбуждения нейронных сетей, имеющих положительные обратные связи, и общего восстановления, а также другим обслуживающим процессам: питанию, электрической изоляции и т.д. и т.п. Все процессы, происходящие в мозге человека, имеют аналоги, иногда упрощённые, происходящие в нервных системах других животных.

Мы чувствуем, запоминаем, думаем одними и теми же группами нейронов (нейронных сетей); кроме того, в этих же нейронных сетях возникает сознание как вид галлюцинации. Но о сознании мы будем говорить ниже.

Продолжим наши размышления и начнём, как и обещали, вводить в них существующие и новые термины, без которых нам не обойтись. Первым нашим термином будет нейронная сеть. Мы будем понимать нейронную сеть как группу нейронов, способных возбуждаться одновременно при возбуждении её части.

Нейронная сеть — это группа нейронов, связанных нейронными связями и способных возбуждаться последовательно при возбуждении отдельных нейронов группы.

Из нашего описания получается, что инстинкты могут, как и рефлексы, создавать постнатальную форму. Что же это такое? Это по сути своей воспоминание — инстинкт долгосрочной памяти, исторически появившийся как способ прижизненной модификации инстинкта. Продолжая классификацию Ивана Петровича Павлова, можно назвать его условным инстинктом, можно использовать название, предложенное для единицы хранения памяти нейробиологом Константином Владимировичем Анохиным, — ког, но, вероятно, лучше всего отражает её сущность название «инстинкт памяти», или, если использовать в названии один язык, — мемстинкт (memoria — «память» на латыни).

Мемстинкт — это нейронная сеть, часто рассредоточенная по всему мозгу, состоящая из последовательно активирующихся элементов разных уровней. Мемстинкт всегда содержит хотя бы один болемент или целемент и консолидируется (реконсолидируется) благодаря реципрокной связи с инстинктом, позволяющей поддерживать возбуждение длительное время (десятки и сотни часов).

Разные мемстинкты могут содержать помимо различных одни и те же элементы. Например, элемент, содержащий воспоминания о красном цвете, может содержаться в мемстинкте воспоминания о закате и, например, может выходить в состав мемстинкта, хранящего воспоминания о красивой красной машине соседа. Активация одного из мемстинктов, например если вы увидели красную машину соседа, активирует все элементы, входящие в него, в том числе содержащий воспоминания о красном цвете, но этот же элемент входит в состав мемстинкта, хранящего воспоминания о закате. Как мы помним, нейронные сети могут возбуждаться при возбуждении отдельных их частей, соответственно активация мемстинкта машины может вызвать активацию мемстинкта заката. Это и есть ассоциативная связь.

Ассоциативная связь между мемстинктами обусловлена наличием в их составе общих элементов. Это приводит к тому, что активация первого мемстинкта одномоментно активирует часть второго, что, в свою очередь, может активировать второй мемстинкт целиком.

Существует мнение, что нам, людям, интересно всё новое. Новое мы запоминаем, только новое вызывает реконсолидацию памяти и т.д. Но на самом деле нам интересно, то что вызывает эмоции, то есть связано с уже существующими мемстинктами или инстинктами, которые смогут поддерживать новую нейронную сеть в возбуждённом состоянии, тем самым способствовать её консолидации или реконсолидации. Запомнить что-то принципиально новое, то есть сохранить нейронную сеть, не имеющую общих частей с уже существующими мемстинктами или инстинктами, нам будет крайне сложно.

Мы с вами упомянули элементы мемстинктов; поговорим о них более подробно. Когда учёные говорят о гиперколонках кортекса и рецептивных полях первичной и вторичной сенсорной коры или о квалиа, они во многих случаях говорят о том, что мы будем называть элементом мемстинкта.

Элементы мемстинктов — это первое, что сохраняется в нашей коре. Их даже нельзя назвать полноценным воспоминаниями; к слову сказать, в том числе поэтому мы не помним (плохо помним) первые годы своей жизни. Большая часть элементов сохраняется до наступления пубертатного периода. Сохраняются они по тому же принципу, по которому в дальнейшем будут сохраняться мемстинкты. При одновременной активации какого-либо ощущения и инстинкта, например положительного (целевого) инстинкта еды и вида бутылочки с соской, или, наоборот, отрицательного (болевого) инстинкта страха при громком звуке и виде пылесоса, группы клеток будущего элемента мемстинкта и инстинкта начинают реципрокно (взаимно) поддерживать возбуждение друг в друге, благодаря чему нейроны будущей нейронной сети элемента мемстинкта укрепляют связи между собой и становятся полноценной нейронной сетью, способной возбуждаться при возбуждении одной из её частей.

Итак, мы рождаемся с набором нейронных сетей инстинктов и «чистой» корой мозга. В дальнейшем при активации нейронной сети инстинкта происходит консолидация активной одновременно с ним группы клеток в коре мозга, которая становится элементом мемстинкта. По сути своей этот процесс (когнитивный взрыв) является импринтингом, то есть мы запоминаем первые элементы мемстинктов так же, как цыплёнок запоминает детали образа родителя. В дальнейшем из элементов первого уровня формируются элементы второго и высших уровней, а после этого, также при участии инстинктов, из элементов формируются мемстинкты, для этого хотя бы один элемент будущего мемстинкта должен быть целевым или болевым.

Ещё одно определение мемстинкта: мемстинкт — это консолидированная нейронная сеть, группа нейронов, прошедших консолидацию и способных возбуждаться совместно при возбуждении определённой части этой группы.

Большинство мемстинктов представляют собой истории, то есть элементы в них возбуждаются последовательно. Этому моменту мы уделим внимание ниже, в главе, посвящённой общению с психологами и психиатрами.

Выше мы упоминали болевые и целевые элементы мемстинктов; скажем пару слов об этих терминах.

Болевой элемент мемстинкта имеет усиленные взаимные (реципрокные) связи с болевым инстинктом, то есть с инстинктом, при активации которого мы испытываем неприятные (болевые) ощущения. Мы избегаем возбуждения болевых элементов мемстинктов примерно так же, как отдёргиваем руку от горячего предмета, испытывая болевые ощущения. К слову сказать, неприятные ощущения правильнее ассоциировать не с норадреналинергическими нейронами, как принято, а с гистаминергическими, но об этом мы будем говорить ниже.

Целевой элемент мемстинкта, в свою очередь, связан с целевым инстинктом, то есть с инстинктом, вызывающим положительные эмоции, которые в значительной мере можно ассоциировать с дофаминергическими нейронами. Мы всегда стремимся дополнительно активировать целевой элемент — съесть лишнюю ложку вкусной еды, поцеловать любимого человека, получить новую награду и похвалу — до момента, пока не наступает пресыщение (не включается болевой инстинкт).

Напоследок дадим ещё определение инстинкта.

Инстинкт — это врождённая нейронная сеть, расположенная в подкорковых частях головного мозга, способная возбуждаться в том числе определённым набором поступающих афферентных сигналов. Аксоны нейронов инстинкта могут иннервировать кору головного мозга (реципрокно возбуждая в ней нейронные сети) и другие части нервной системы. Возбуждение нейронной сети инстинкта вызывает субъективные ощущения эмоций и может настраивать организм на определённый тип реакции.

Сейчас нам с вами интересно то, что нейронную сеть инстинкта может возбудить определённый набор сигналов от рецепторов, то есть определённый образ, запах, звук и т.д. и т.п., а также сочетание сигналов от рецепторов разной модальности. Например, вид с высоты, крик хищника, вкус мяса и т.д. и т.п.

Ну что же, уважаемые коллеги, основные термины и принципы нашей с вами теории мы очень крупными мазками набросали, а дальше начнём рассматривать их подробно. Например, следующую главу мы полностью посвятим культурным мемстинктам, ведь они и составляют бо́льшую часть нашей с вами психики.