Нейробиология Внимание. Сознание. Эволюция сознания, мышления, культуры человека. 2009

Внимание

Внимание – «это овладение умом в четкой и яркой форме одним из нескольких наличествующих объектов. Суть этого процесса – фокусирование, концентрирование сознания. Внимание приводит к отвлечению от некоторых вещей для того, чтобы можно было эффективно заняться другими. Состояние внимания противоположно рассеянному, затемненному состоянию.» Уильям Джеймс [James, 1890]

"Оно [внимание] … выступает в роли стратега, т.е. направителя и организатора, руководителя и контролера боя, не принимающего, однако, непосредственного участия в самой схватке". Л. С. Выготский [1922] "Внимание своего особого содержания не имеет; оно проявляется внутри восприятия, мышления. С. Л. Рубинштейн [1946] Неотделимость внимания от других психических процессов резко затрудняет его исследование на физиологическом уровне. Физиологические исследования внимания проводятся лишь на протяжении нескольких последних десятилетий.

Некоторые формы внимания (определяются в зависимости от методики эксперимента на людях и на животных): Селективное – концентрация на одном объекте Распределенное – распределение внимания на несколько объектов (не известно, действительно ли оно распределяется или многократно и часто переходит между объектами) Непрерывное (бдительность) – длительная концентрация на объекте, и подготовительное (антиципирующее) – ожидание стимула Скрытое – в методиках, предусматривающих перемещение фокуса зрительного внимания независимо от фокуса взгляда.

Основными видами внимания являются непроизвольное и так называемое произвольное внимание. Непроизвольное внимание связано с рефлекторными установками. Оно устанавливается и поддерживается независимо от сознательного намерения человека. Свойства действующих на него раздражителей, их интенсивность или новизна, эмоциональная окрашенность, связь с влечениями, потребностями или интересами приводит к тому, что определенные предметы, явления или лица завладевают нашим вниманием и приковывают его на время к себе. Это первичная форма внимания. Она является непосредственным и непроизвольным продуктом интереса. От непроизвольного внимания отличают произвольное. …Произвольное внимание - это сознательно направляемое и регулируемое внимание, в котором субъект сознательно избирает объект, на который оно направляется. Этот термин служит для обозначения того центрального по своему значению факта, что познание человека, как и его деятельность, поднимается до уровня сознательной организованности, а не совершается лишь самотеком, стихийно, под властью извне действующих сил. Так называемое произвольное внимание имеет место там, где предмет, на который направляется внимание, сам по себе его не привлекает… Непроизвольное внимание обычно представляется как пассивное, произвольное - как активное (Джеймс). Первое направляют независящие от нас факторы: внезапно раздавшийся шум, яркая окраска, ощущение голода; второе направляем мы сами. С. Л. Рубинштейн. Основы общей психологии. СПб., 1998.

В современной нейрофизиологической литературе выделяют две приблизительно аналогичных понятия – две формы индукции внимания (хотя понятие «сознание» здесь намеренно не используется): - Восходящее влияние («bottom-up» influence) - под воздействием сенсорной стимуляции процесс распространяется от структур низкого уровня (в том числе стволовые сенсорные образования и стволовая ретикулярная формация) вверх (на кору больших полушарий). - Нисходящее влияние («top-down» influence) - высшие области (префронтальные и другие области коры больших полушарий) запускают некоторый процесс, распространяющийся на мозговые структуры более низкого уровня.

СетьФункцияСтруктуры мозга Сеть исполнения и контроля Выбор цели и управление поведением, направленным на эту цель; детекция ошибок; разрешение конфликтов; подавление рефлекторных реакций Медиальные области лобной доли, включая переднюю часть поясной извилины и дополнительную моторную область; Передняя дорсолатеральная область лобной доли (префронтальная кора); Базальные ганглии (стриарная система) – в особенности хвостатое ядро Сеть пробуждения Состояние бодрствования и готовности к действиям Правая лобная доля (в особенности верхняя часть поля 6); Правая теменная доля; Голубое пятно (источник норадреналина); Холинергические ядра (добавлено мной - БЧ) Сеть ориентирования Ориентировочная реакция на сенсорные стимулы Теменная доля; Веретеновидная (фузиформная) извилина (при зрительной стимуляции) Согласно точке зрения М.Познера (сформировавшейся на основе томографических и энцефалографических экспериментов на людях) в мозге человека существуют три нервные сети внимания:

В настоящее время распространена точка зрения, что во внимании огромную роль играет синхронизация между областями мозга на высоких частотах (в особенности на частотах гамма-ритма, Гц). Такая синхронизация теоретически позволяет создавать определенные каналы обмена информацией между конкретными областями коры, настроенные на определенный характер передаваемой информации – и благодаря этому обеспечить обработку одних сигналов и игнорирование других другие. Синхронизация разряда нейронов на частоте гамма- ритма возможно лишь при достаточном уровне возбуждения в них, которое поддерживается медиаторами системы бодрствования, из которых, видимо, особенно важны ацетилхолин и норадреналин.

Попытки определить сознание. Сознание у животных

Сознание это наиболее сложная форма человеческой психики, высшая ступень психического отражения, связанная со «способностью идеального воспроизведения действительности в мышлении» (Большой энциклопедический словарь, 1996). Сознание представляет собой «специфическое состояние мозга, позволяющее осуществлять совокупность важнейших когнитивных процессов ощущение и восприятие, память, воображение и мышление» (Соколов, 1997)

Различные значения понятия «сознание»: 1.Бодрствование, способность воспринимать, общаться > Раненый солдат пришел в сознание. 2. Ощущение, субъективный опыт > Я неожиданно осознал, что мне очень страшно. 3. Знание > Я сознаю, что испытываю Ваше терпение. По Zeman, 2001

Некоторые характеристики сознания человека, зачатки которых были исследованы у животных: 1) Сознание совокупность знаний об окружающем мире, в которую включены также знания о социальном окружении субъекта; как следует из самого слова («со-знание») это совместные знания. 2) Сознание определяет целенаправленность поведения, его волевую, произвольную регуляцию. 3) Сознание обеспечивает преднамеренность коммуникации, причем эта преднамеренность включает в себя элементы обмана и дезинформации. 4) Сознание позволяет человеку отделить «Я» от окружающего мира (от «не-Я»), т.е. обеспечивает самоузнавание. 5) Сознание обеспечивает способность оценивать знания, намерения, мысленные процессы у других индивидов («эмпатия»).

Антропоиды (человекообразные обезьяны) способны: - к самоузнаванию, и к пониманию знаний и намерений партнеров (theory of mind); - к направленному обучению детенышей; - к социальному манипулированию и преднамеренному обману. - к спонтанному использованию орудий; - к рисованию (на уровне 3-летних детей); - к овладению простым аналогом языка человека (язык-посредник);

Н. Н. Ладыгина-Котс с Иони г. (Фотография из фондов Дарвиновского музея)

Реакция на зеркало у ребенка и детеныша шимпанзе (по Ладыгина-Котс, 1935)

Шимпанзе Вики имитирует свое изображение на фотоснимке.

Сознание: «трудная проблема»

В классическом виде психофизическая проблема была сформулирована французским мыслителем XVIII века Рене Декартом. Декарт считал, что мир состоит из двух субстанций: материальной и духовной. При этом основным атрибутом материи является протяженность, а основным атрибутом духа мышление. С этой точки зрения, человек представляет из себя сочетание протяженного тела и мыслящего духа. Такая позиция стала известна как психофизический дуализм. Психофизическая проблема в постановке Декарта формулируется так: Как в человеке соотносится его тело и дух, каким образом они коррелируют друг с другом? В современной философии психофизическая проблема определяется как вопрос о соотношении ментальных состояний (наших мыслей, желаний, чувств и т. п.) и физических состояний мозга.

Сознание без мозга не существует, а без поведения его невозможно распознать. Хосе Дельгадо

Мозги в бочке - один из классических мысленных экспериментов, обсуждающихся в современной философии сознания. Вопрос состоит в том, можно ли с помощью непосредственно воздействия на мозг (электрического или иного?) и регистрации сигналов от него создать субъективное ощущение бытия.

Кохлеарный имплантат

ПРОБЛЕМА СОЗНАНИЯ В КОГНИТИВНОЙ НАУКЕ Дэвид Чалмерс - два класса проблем: I. «Легкие» проблемы: Как человек различает сенсорные воздействия и реагирует на них? Как мозг интегрирует множество видов информации? Как эта информация используется для управления поведением? Как человек сообщает о том, что достигает его сознания? II. «Трудная» проблема: Как физические процессы в мозге приводят к возникновению сознательных переживаний?

Вегетативное состояние и состояние минимального сознания при тяжелых мозговых травмах

В вегетативном состоянии пациент дышит и поддерживает другие вегетативные физиологические функции (включая пищеварение, суточный ритм чередования сна и бодрствования), у него также сохраняются простейшие рефлекторные движения, однако в этом состоянии полностью отсутствуют любые проявления сознания и произвольные движения (в том числе нет движений глаз, сопровождающих рассматривание картинки у здорового человека). В отличие от комы, вегетативное состояние может быть хроническим и длиться годами (при обеспечении соответствующего ухода – кормление полужидкой пищей, смена памперсов и т.п.). В состоянии минимального сознания пациент проявляет отдельные признаки сознания и произвольных движений – например, способен активно рассматривать картинку, произвести хотя бы легкое сжатие кисти по речевой инструкции.

Изображения, полученные при функциональном томографическом исследовании поврежденного мозга 23-летней женщины (вверху), демонстрируют активацию моторной области в ответ на обращенную к пациентке просьбу представить себе игру в теннис, и активацию областей мозга, связанных с ориентацией в пространстве, когда ее попросили представить себе, что она идет по своему дому. Сходные реакции можно увидеть и у здоровых контрольных испытуемых (внизу). Это говорит о том, что женщина начала переходить из вегетативного состояния в состояние минимального сознания (в момент исследования она по всем видимым признакам еще находилась в вегетативном состоянии, т.е. не проявляла никаких реакций, кроме чисто рефлекторных).

Разнообразие различных состояний сознания определяется как минимум двумя независимыми параметрами: уровнем самоосознания и уровнем бодрствования. Оба параметра близки к нулю в состоянии общего наркоза и комы. Оба параметра максимальны у здорового человека при бодрствовании. В вегетативном состоянии уровень бодрствования нормален, а уровень самоосознания близок к нулю.

При вегетативном состоянии в мозге обнаруживается отчетливое снижение метаболической активности, измеряемое по скорости усвоения глюкозы в ткани. У пациентов в вегетативном состоянии значительно менее активны области префронтальной и теменной коры (показаны пурпурным цветом). Эта дисфункция может быть результатом повреждения коры или нарушения связей (красные стрелки) между корой и таламусом. Вероятно, эти связи критически необходимы для самоосознания.

Возникновение сознательного ощущения: роль циклических связей через лимбическую систему и префронтальную кору роль циклических связей через лимбическую систему и префронтальную кору

Синтез информации о физических и сигнальных свойствах стимула на нейронах зрительной коры приводит к возникновению ощущения, которое затем опознается, категоризируется при участии лобной коры. Ощущения возникают в результате циклического движения нервных импульсов и синтеза в проекционной коре сенсорной информации со сведениями, извлекаемыми из памяти. Числа в рамках - миллисекунды после предъявления стимула. А.М.Иваницкий с изм. 300

Сознание: детектирование признаков и восприятие целостных объектов

На всех уровнях сенсорных систем расположены детекторы (нейроны и/или группы нейронов), выделяющие все более сложные признаки стимулов. Примеры детекторов на разных уровнях зрительной системы: - выделение пятна любой формы - выделение полоски, имеющей определенную ориентацию в пространстве - выделение отрезков определенной длины и углов - выделение сложных фигур определенной формы - выделение лиц и иных объектов

Явление целостного восприятия объекта, характеризующегося некоторой комбинацией отдельных независимых признаков, называют «связыванием» (англ. «binding»). Соответствующие признаки могут происходить как из одной, так и из различных модальностей одновременно. Например: Буква « А » + зеленый цвет шрифта Красный + круглый мяч (два зрительный признака) Черный + пушистый + мяукающий котенок (мультимодальные признаки)

Есть две теории, стремящиеся разрешить «проблему связывания» - то, как мозг кодирует и объединяет разрозненные формы активности нервных сетей: - Теория гностических нейронов (теория «клеток моей бабушки») – целостное восприятие каждого объекта обеспечивается активностью совершенно определенных нейронов (которые выступают в качестве детекторов высшего порядка) - Теория распределенного кодирования, согласно которой нейроны, занятые обработкой различных аспектов одного объекта (в том числе и нейроны, расположенные далеко друг от друга), некоторым образом объединяются. При этом кодирование данного целостного объекта выглядит как совместная и одновременная активация всех относящихся к нему отдельных детекторов.

Хотя детекторы очень высокого порядка действительно обнаружены в мозге (например, нейроны, реагирующие на лица и на другие категории объектов), однако маловероятно, чтобы они действительно самостоятельно отвечали за формирование целостного представления об объекте (включая ассоциации в памяти, эмоциональную окраску и т.п.). По всей видимости, в нервной системе не может быть достаточного количества детекторов для выделения всех мыслимых признаков и их сочетаний, поэтому теория гностических нейронов в настоящее время не может считаться приемлемой.

В теории распределенного кодирования в настоящее время большое значение отводится синхронизации разрядов нейронов на частоте гамма-ритма (от 30 до 70 Гц и выше). В последние лет накопилось множество фактов, указывающих на важность синхронизированной активности. Вероятно, первое наблюдение этого явления было сделано Вольфом Зингером в конце 80-х гг.: он показал, что нейроны зрительной коры, удаленные друг от друга и отвечающие за разные участки зрительного поля, синхронизировались друг с другом в том случае, если соответствующие участки зрительного поля представляли собой единый объект (две полоски на экране двигались как единое целое); синхронизация не возникала, если те же полоски двигались независимо друг от друга.

Иллюстрация гипотетического эксперимента Зингера: временное связывание обеспечивается синхронизацией между группами нейронов и позволяет выделить целостные объекты на неоднозначных изображениях.

Теории сознания

«Глобальное рабочее пространство» в теории Баарса представляет собой некий «центральный узел обмена информацией», который получает сигнал от входных процессоров (это происходит под управлением внимания, которое разрешает вход лишь от части конкурирующих входных процессоров, а не от всех сразу), а затем распределяет этот сигнал одновременно по большей части мозга. Каждый из процессоров – это участок мозга, способный функционировать самостоятельно (вне сознания). Сознание есть результат объединения некоторых из конкурирующих процессоров в единую систему обработки информации.

В теории Баарса мозг рассматривается как состоящий из множества различных параллельно работающих процессоров над символическими репрезентациями, поступающими им на вход. Гибкость модулей заключается в их способности комбинироваться и образовывать новые процессоры, которые могут решать новые задачи, а также распадаться на меньшие составляющие процессоры. Баарс рассматривает мозг как большую группу распределенных частичных процессоров, высоко специализированных систем, функционирующих большую часть времени на бессознательном уровне. По крайней мере, некоторые из этих частичных процессов могут быть представлены на сознательном уровне, когда они организуются и образуют глобальные процессы. Глобальные процессы предоставляют сознанию информацию и образуются в ходе борьбы и кооперации частичных процессоров. (см. Baars BJ. A cognitive theory of consciousness. Cambridge: Cambridge University Press; 1988.) По Пелед А., Гева А.Б. Мозговая организация и психическая динамика

В исходной версии теории Баарса предполагалось, что образование глобального рабочего пространства связано с деятельностью неспецифических ядер таламуса и ретикулярной формации. В настоящее время большая роль в этом процессе отводится длинным кортико-кортикальным связям, в особенности связям префронтальной коры с ассоциативной теменной корой и с поясной извилиной.

Современные нейрофизиологические теории сознания: В основе этих теорий лежат представления, согласно которым каждый стимул и каждое внутреннее переживание связаны с согласованной активацией некоторой распределенной группы нейронов (вероятно, это миллионы нейронов, но далеко не весь мозг), причем в каждую группу одновременно входят нейроны из различных удаленных друг от друга областей мозга. Каждому стимулу, каждому впечатлению, каждому внутреннему состоянию сознания соответствует некоторое уникальное объединение нейронов. Каждый отдельный нейрон может в разное время входить в разные объединения. Время жизни каждого такого объединения – не более несколько десятых долей секунды, и они быстро сменяют друг друга.

Согласно большинству современных теорий, объединение нейронов в группу может происходить за счет синхронизации их разряда на частоте гамма-ритма (в области 40 Гц у человека). Примечание: подразумевается приблизительно тот же самый механизм синхронизации, который, предположительно, обеспечивает «связывание». Взаимодействие нейронов в ансамбле возможно лишь при достаточном уровне возбуждения в них, которое поддерживается медиаторами системы бодрствования. При отсутствии этих медиаторов (например, во время сна) или при торможении активности нейронов (например, во время наркоза) нейроны уже не могут эффективно взаимодействовать, в результате чего объединения становятся меньше или не образуются вовсе. Сознание при этом исчезает.

Ацетилхолин, норадреналин, гистамин, серотонин, гистамин и дофамин – все эти медиаторы необходимы для поддержания бодрствующего и сознательного состояния. Искусственное введение этих медиаторов (рис. справа) вызывает такое же изменение работы нейронов и нервных сетей, как переход от медленноволнового сна к бодрствованию (рис. слева).

Эволюция мозга человека, его мышления и сознания

Наши пути разошлись всего 5-6 миллионов лет назад.

Родословное древо приматов

Родословное древо людей.

По мере того как головной мозг гоминид становился крупнее, увеличивались и его энергетические запросы. Доля потребляемой мозгом современного человека энергии (в состоянии покоя) на % больше, чем у австралопитековых.

Объем мозга шимпанзе не превышает 400 см 3. Линия Homo произошла около 2 млн. лет назад от австралопитеков, объем мозга которых не превышал 500 см 3. Homo habilis (человек умелый) умел изготавливать простейшие каменные орудия, а объем его мозга составлял см 3. Homo erectus (человек прямоходящий) появился около 1,5 млн. лет назад. Люди этого вида уже умели не только совершенствовать каменные орудия, но и поддерживать огонь, а объем их мозга достигал см 3. Первые представители вида Homo sapiens (архаичный Homo sapiens) появились более полумиллиона лет назад.

Homo sapiens neanderthalensis (неандертальцы) не только изготавливали орудия, но, вероятно, носили украшения, хоронили умерших и обладали другими особенностями психики современного человека. Объем мозга см 3 (1100 – 1700 см 3 ), т.е. больше, чем у современного человека, однако лобные доли развиты слабее. Неандертальцы не являются предками современного человека (!), хотя не исключено частичное смешение с современными людьми европейской расы. Homo sapiens sapiens – люди современного типа, появились более 195 тыс. лет назад, однако взрывное развитие культуры произошло лишь около 40 тыс. лет назад. Объем мозга около 1400 см 3 ( см 3 ) (мозг писателя Анатоля Франса весил всего г, а мозг великого химика Юстуса Либиха – менее килограмма).

Раковины с отверстиями, которые, предположительно, были нанизаны в виде бус или браслета, и кусок красной охры с орнаментом из пещеры Бломбос в ЮАР. Возраст обеих находок – лет.

Манагаленна – абориген Тасмании; Уильям Лэнни - последний тасманиец. Умер в 1869 г. (фото 1868 г.); Труганинни – последняя тасманийка. Умерла в 1876 г. (фото 1868 г.)

Самые древние известные нам наскальные рисунки (изображения львов, пещера Шове, Франция, лет); костяная флейта (Истуриц, Франция, лет)