Механизмы мышления

Ответам на эти вопросы были посвящены работы Иваницкого и его сотрудников. В исследованиях Иваницкого (1999) ставилась задача изучить структуру корковых связей при решении различных мыслительных операций. При этом автор исходил из фундаментальных идей российской нейрофизиологической школы Н.Е. Введенского - А. Ухтомского о том, что связь между нервными структурами возникает на основе уравнива­ния ритмов их деятельности. М.Н. Ливановым [1972] и B.C. Русиновым (1969) было показано, что эти ритмы находят отражение в частотных параметрах электроэнцефалограммы (ЭЭГ), из чего последовал ре­шающий вывод о том, что синхронизация частотных характеристик биопотенциалов мозга может явиться условием и индикатором внутрикорковой связи.

В развитие этих идей был создан метод, получивший название картирования внутрикоркового взаимодействия [Иваницкий, 1990, 1997]. В основе метода лежат представления о том, что присутствие в спектрах ЭЭГ разных областей коры точно совпадающих частотных пиков является указанием на наличие в этих областях нейронных групп, работающих в одном ритме и, следовательно, функциональ­но связанных друг с другом.

Испытуемым на экране монитора предъявлялись задачи на образ­ное, пространственное и абстрактно-вербальное мышление. В пер­вом случае субъект должен был опознать эмоцию на фотографии лица (использовались четыре базовые эмоций: радости, страха, гне­ва и горя, а также смешанные состояния), во втором — сравнить две геометрические фигуры с целью определения их идентичности или зеркальной симметрии. В качестве вербальных задач использовано решение анаграмм или выбор из четырех слов одного, относящегося к другой смысловой группе.

Было установлено, что простой и достаточно симметричный ри­сунок связей, характерный для состояния покоя, изменялся при умственной работе. Связи начинали сходиться к определенным обла­стям коры, образуя как бы узлы или центры связей, названные фо­кусами взаимодействия. При этом топография фокусов взаимодей­ствия оказалась специфичной для мыслительных операций разного знака. Так, при образном, мышлении фокусы локализовались пре­имущественно в теменно-височных областях, а при абстрактно-вербальном мышлении — в лобных отделах коры. Пространственные задачи, включавшие элементы обоих видов мышления, характеризовались образованием фокусов на более ранних этапах в задних, а затем и в передних отделах коры [Сидорова, Костюнина, 1991; Иваницкий, Ильюченок, 1992; Николаев и др., 1996] (рис. 2).

Кроме того, в исследованиях, в которых испы­туемому давалось задание мысленно построить зрительный образ из ограниченного набора простых элементов было показано, что у лиц с преобладанием первой сигнальной системы, по И.П. Павлову, фо­кусы взаимодействия локализовались преимущественно в правом, а у лиц с преобладанием второй, речевой системы в - левом полуша­рии. При этом на этапе нахождения образа фокусы были расположены в затылочных и височных (зона опознания) отделах полушарий, а на этапе конструирования образа — в лобной коре [Иваницкий и др., 1990]. Следует отметить, что нахождение решения при всех ти­пах задач, даже если речевой ответ не требовался, сопровождалось включением в функцию вербальной левой ви­сочной зоны.

Рис. 3. Корковые связи в диапазоне частот бета-ритма при двух мыслительных, операциях. Вверху представлены примеры задач; слева — связи при задаче на пространственное мышление, которая заключалась в сравнении двух геометрических фигур, предъявляемых на экране монитора, с целью опре­деления их идентичности или зеркальной симметрии, что решалось путем мысленной ротации; справа — связи при задаче на вербальное мышление, кото­рая состояла в том, что из четырех слов на экране монитора субъект должен был выбрать одно, относящееся к другой смысловой группе. На рисунке пред­ставлены статистически значимые связи при сравнении со зрительно-мотор­ным контролем, включавшим предъявление изображений и двигательный ответ, но не требовавшим мыслительных операций. Толстые линии - связи на частоте 16—19 Гц, тонкие линии - связи на частоте 13—16 Гц. Шкала — время появления связи после предъявления задачи. Средние данные по группе из 43 человек.

Обобщая эти данные, авторы делают вывод о том, что важным признаком организации корковых связей при мышлении является их конвергенция к определенным центрам — фокусам взаимодей­ствия. При этом связи, подходящие к фокусу, устанавливаются на разных частотах; собственно именно это обстоятельство и лежит в основе образования фокуса, так как связи на одной частоте образо­вывали бы однородную сеть, не имеющую центров. Можно предпо­лагать, что каждая из связей приносит к центру из определенной области коры или подкорковых образований свою информацию. В фокусе эта информация может быть сопоставлена и перекомбини­рована определенным образом. Основную функцию фокуса взаимо­действия составляет, таким образом, информационный синтез, т.е. процесс, сходный с тем, который наблюдали в проекционной коре при возникновении ощущений.

Основное различие состоит в том, что место сенсорного сигнала здесь могла занять информация, хранящаяся в оперативной памяти (например, об условиях решаемой задачи), а ведущая роль в процес­сах информационного синтеза принадлежала не проекционной, как при возникновении ощущений, а ассоциативной коре. В фокусе опе­ративная информация сопоставлялась с информацией, извлекаемой из долговременной памяти, и сигналами, приходящими из мотивационных центров. Предполагается, что на основе происходящего в фокусе сопоставления и достигается конечная цель мыслительного процесса в виде нахождения решения. Субъективно все это пережи­вается как процесс думания и нахождения ответа.

Гипотетическая структура фокуса взаимодействия состоит из групп нейронов с различными частотными характеристиками, настроен­ных на одинаковые с ними по частоте группы на периферии. Эти связи по своей природе должны быть двухсторонними, т.е. как пря­мыми, так и обратными. Таким образом, одно кольцо при ощущении заменяется при мышлении, системой колец, замыкающихся на один центр.

Внутри фокуса группы нейронов должны быть объединены связя­ми, образованными на ином принципе: так как они работают на разных частотах; принцип изолабильности здесь не применим. Оче­видно, это должны быть жесткие связи, основанные на структурных изменениях в синапсах. Данные связи эффективны в любой фазе цикла возбудимости нейрона или нейронного осциллятора, за исключени­ем фазы абсолютной рефрактерности (рис. 3). Идея об обеспече­нии психической функции за счет сочетания жестких и гибких зве­ньев была впервые высказана Н.П. Бехтеревой [1980].

Рис. 3. Схема фокуса взаимодействия. Фокус состоит из групп нервных клеток, отличающихся различными частотными параметрами и входящими в состав нейросетей, где нейронные ансамбли объединены гибкими связями на основе идентичности частотных характеристик. Группы внутри фокуса соединены жесткими связями, основанными на структурных изменениях» синапсах. Благодаря такой структуре, фокус получает информацию, циркулирующую в различных нейронных сетях, включая: сенсорную информацию, сведения, хранящиеся в оперативной и долговременной памяти, а также сигналы из центров мотивации. На основе сравнения и синтеза различной информации достигается решение, которое реализуется в моторных командах

Изложенные представления о фокусах взаимодействия и их функ­циональном значении хорошо согласуются с данными американского невролога А.Дамасио (1994), который считает, что в обеспечении высших психических функций ведущую, роль играют так называемые зоны кон­вергенции, которые принимают и синтезируют информацию, посту­пающую из других отделов коры и подкорковых образований.

Все сказанное дает возможность объединить данные, полученные при изучении механизмов восприятия и мышления, единым прин­ципом информационного синтеза как мозговой основы возникнове­ния нового качества в виде субъективных переживаний.

СОЗНАНИЕ, ОБЩЕНИЕ И РЕЧЬ

Концепция коммуникативной природы сознания была выдвинута впервые П.В. Симоновым [1981]. Позднее сходные мысли были выс­казаны другими авторами [Hesslpw, 1994; Frith, 1995].

Непосредственная связь сознания с речью показана в исследова­ниях на людях, выходящих из состояния комы. В этом случае речевой контакт с больным является важным признаком возвращения сознания и совпадает с образованием коге­рентных связей между электрической активностью гностических (теменно-височных) и моторно-речевых (нижнелобных) отделов левого полушария [Гриндель, 1985; Добронравова, 1992]. Э.А. Костандов (1983) считает передачу сигналов на моторные речевые центры решающим условием для перехода от бессознательных к осознаваемым формам восприятия внешних сигналов.

Особая роль левого, речевого полушария в механизмах сознания была показана лауреатом нобелевской премии R.Sperry в исследованиях на больных с перерезкой мозоли­стого тела (нервный пучок, соединяющий полушария) [Sperry, 1970]. Было установле­но, что в первые недели после операции у подобных больных прояв­лялся характерный когнитивный дефект, не наблюдаемый при дру­гих воздействиях. В проведенных экспериментах больные получали следующее задание: в соответствии с предъявленным рисунком предмета или его словесным обозначением найти наощупь данный предмет за перегородкой из числа нескольких других. Проверялось выполнение данного задания при изолированном предъявлении изображения только в левое или правое полушарие, что достигалось смещением изобра­жения соответственно вправо и влево от центральной точки фикса­ции. Оказалось, что в обоих случаях больной успешно выполнял за­дание. Но если изображение поступало в левое полушарие, то боль­ной мог дать словесный отчет о своих действиях. В то же время при предъявлении изображения в правое полушарие больной не мог ска­зать, что и почему он сделал. Таким образом, он в этом случае как бы не осознавал своих действий. Правда, сами исследователи избе­гали при интерпретации этих данных говорить о нарушении у таких больных функций сознания, считая, что правильнее говорить лишь об отсутствии вербализации совершаемых действий, нарушении возможности самоотчета (важное свойство сознания).

Об участии речевых зон коры в процессах осознания свидетель­ствует и работа Р. Салмелин и др. [Salmelin et al., 1994]. Авторы регистрировали магнитные поля мозга при рассматривании субъектом картинок различного содержания. При этом, даже если называть изоб­раженный объект не следовало, реакция все равно переходила на вербальные зоны, левого полушария. Это происходило через 400 мс после стимула, т.е. на 200 мс позднее возникновения ощущений, которому в описываемых экспериментах соответствовала реакция зри­тельных и теменно-височных отделов коры с латентностью около 200 мс. В исследованиях механизмов ощущений, проведенных Иваницким (19) категоризации возникших ощущений соответствовал третий этап восприятия, что происходило при ведущей роли лобной коры. Из этих данных также следует, что на протяжении «одного кванта» субъективных пережи­ваний (150-200 мс) человек находится на довербальной стадии психического. Этот факт интересен со следующей точки зрения: он показывает, что бо­лее сложные психические функции не отменяют более простых, а как бы надстраиваются над ними. Это, очевидно, отражает процесс эволюции элементарных психических функций в более сложные при возникновении речи.

В то же время положение о связи сознания с речью не следует понимать упрощенно. Об этом свидетельствуют, в частности, дан­ные наблюдений над больными с временным выпадением речевых функций, например в результате мозгового инсульта. После возвра­щения речи больные в этом случае, как правило, помнят все собы­тия, происходившие во время утраты речи, и могут рассказать о них, что свидетельствует о сохранности у них сознания в этот пери­од болезни. Выход из этого противоречия, вероятно, заключается в том, что при этом остаются не нарушенными другие функции лоб­ных долей, связанные со способностью к абстракции и запоминани­ем последовательности событий. Больной, следовательно, мог коди­ровать события в иной, неречевой, форме и запоминать их.

Может быть, поэтому правильнее связывать сознание не только с речью, но вообще с функциями префронтальной коры, одной из которых является абстрактное мышление. Важ­ную роль играет и другое свойство лобной коры. Установлено, что ее медиальные отделы имеют особое отношение к способности выстраивать и хранить в памяти события как последовательно развертывающиеся во времени [Fuster, 1985; Gevins, 1995 и др.], что является характерным признаком сознания. В запоминании последовательности событий, наряду с лобной корой, участвует и гиппокамп, связанный с декларативной памятью. На этой основе возникает и спо­собность к прогнозу и планированию, что также представляет собой одно из свойств сознания.

Существенное значение в механизмах внимания имеет функция внимания, так как осознается то, к чему привлечено внимание. Особое значение в управлении вниманием имеют лобные отделы полушарий и передняя часть поясной извилины, где расположена «исполнительная система внимания» [Posner, Rothbart, 1994]. Данная система может играть ведущую роль в сознании и контроле когнитивных функций в других отделах коры. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что активация лобных отделов и поясной извилины усиливается при увеличении трудности задачи и наличии конфликтной информации и уменьшается по мере усвоения и автоматизации навыка. Когнитивные процессы основаны на взаимодействии обеих систем.

Иваницким (19) было показано, что избирательное внимание к речевым сигналам осуществляется через функцию памяти. Слова, поступающие одновременно по зрительному и слуховому каналам, воспринимаются, но сигналы, приходящие по незначимому в данный момент каналу, не закрепляются в декларативной памяти и тем самым вытесняются из сознания.

Сознание, как говорилось в начале лекции, является феноменом субъективного мира человека. Именно поэтому, анализируя пробле­му связи сознания с речью, необходимо ответить и на вопрос о том, каким образом возникает субъективное переживание речевых функ­ций, т.е. способность слышать как слова другого человека, так и свою собственную внутреннюю речь.

Механизм обес­печения психических переживаний и речевых функций сходен и имеет своей основой единую интегрирован­ную систему связей проекционных и ассоциативных зон коры с ре­чевыми.

Для понимания конкретных мозговых механизмов этого объеди­нения важен описанный в науке факт, что при нахождении решения фокусы взаимодействия возникают в сенсорных речевых зонах коры. Это указывает, с одной стороны, на обязательное включение рече­вых функций на завершающем этапе мыслительных действий, а с другой - на тo, что этот процесс происходит с участием механиз­мов информационного синтеза. Эти данные сопоставимы с результатами работы М. Познера и М. Ротбарта [1994] о том, что при анализе сложных сигналов, включая слова, первоначальная активация задних отделов коры со­провождается возбуждением лобной коры с последующим возвра­том возбуждения в проекционную кору. Наконец, по мысли Д. Эдельмена и Д. Тонони (1989), в основе «со­знания высшего порядка», связанного с речью, лежит тот же прин­цип повторного входа возбуждения в поля лобной, височной и теменной коры, ответственные за выполнение отдельных функций, с реали­зацией речевыми центрами полученной информации в соответствующих фонемах.

Таким образом, можно предположить, что глубинные механиз­мы, обеспечивающие довербальные формы психики в виде процессов информационного синтеза, могут быть достаточно универсальными и обеспечивать, при известном усложнении, субъективное переживание речевых функций, выполняя тем самым важную роль в механизмах сознания.