9.2. Электрофизиологические показатели мышления

Нейронные показатели мышления. По каким изменениям в работе нейронов можно судить о мыслительных процессах?

С помощью метода вживленных электродов было установлено, что осмысление стимула кодируется частотой разряда нейронов. Оказалось, что средняя частота импульсов за промежуток времени соотносится с реализацией умственного действия. Этот метод позволяет зафиксировать смысловые характеристики слов и прийти к выводу, что мышление происходит в коре головного мозга.

Именно в ассоциативных зонах коры (а не в проекционных зонах) образуются связи между специализированными областями, и интегрируется приходящая из них информация. Здесь же, как полагают, текущая информация объединяется с эмоциями и воспоминаниями.

Пример. Ассоциативные поля теменной доли (рис. 10) объединяют информацию от кожи, мышц, сухожилий и суставов относительно положения тела и его движений со зрительной и слуховой информацией, поступающей из затылочной и височной долей. Эта интегрированная информация помогает нам иметь точное представление о собственном теле во время передвижений. Слияние сенсорных данных с информацией из кладовых памяти позволяет осмысленно оценивать специфические зрительные сигналы, звуки и тактильные ощущения. Поэтому когда что-то движущееся и пушистое коснется вашей руки, вы будете по-разному реагировать в зависимости от того, услышите ли одновременно с этим мурлыканье вашей кошки или рев медведя.

Интегрированная сенсорная картина события передается лобной доли. Благодаря ее обширным двухсторонним связям с лимбической системой к этой картине добавляется эмоциональный оттенок и информация, взятая из памяти. Лобная кора ответственна за выбор целей, которые мы ставим, и за оценку различных обстоятельств в связи с этими целями.

Оказалось, что основной тип строения ассоциативной коры – это вертикальные колонковидные образования, состоящие примерно из 100 клеток. По-видимому, за счет этих вертикальных колонок и происходит образование временных нервных связей. Обнаружено, что в эти колонки входят:

1) нейроны, которые на входе получают сигналы в основном из ниже расположенных подкорковых структур (напр., от специфических сенсорных и двигательных ядер таламуса);

2) нейроны, получающие входные сигналы от других областей коры;

3) нейроны, получающие информацию по локальным сетям;

4) нейроны, передающие сигналы на выходе от колонки назад к таламусу, другим областям коры, а иногда к клеткам лимбической системы.

Несколько таких сходных в своей основе простых вертикальных ансамблей могут объединяться с помощью межколонковых связей в более крупную единицу (модуль, или модулярную колонку), перерабатывающую информацию. Несмотря на многие внешние различия, эти модули имеют общую структуру и однотипные функции. Эти колонки различаются тем, откуда получают входные сигналы, и куда посылают выходные сигналы.

Автор этой теории Маунткасл считает, что модули не только получают и перерабатывают информацию. Они совместно функционируют в составе обширных петель, по которым информация, выходя из колонок, передается другим кортикальным и субкортикальным мишеням, а затем возвращается обратно в кору. Эти петли обеспечивают упорядоченное повторное поступление информации в кортикальные ансамбли.

Были выявлены расположенные в разных отделах мозга пространственные группы взаимодействующих нейронов. Для этих групп характерна устойчивая во времени картина активности (паттерны), сопоставимая с конкретным видом мыслительной деятельности. Особенности формирования паттернов при решении мыслительных задач иногда позволяли предсказать результат этого процесса.

Следовательно, образуются взаимосвязанные подгруппы, которые представляют собой специфическим образом соединенные части сети, которая может широко разветвляться по всей коре. Причем любая подгруппа модулей может входить в состав различных «распределенных» систем. Какие модули входят в конкретную систему, зависит от получаемой в данный момент информации. Осуществление самой сложной функции, а именно, способности делать абстрактные заключения «о себе и о мире», может быть результатом деятельности всей «распределенной» системы в целом.

Таким образом, небольшие повреждения системы не смогут уничтожить результат мышления в целом, а могут лишь ухудшить его. Процесс восстановления после более обширных повреждений связан со способностью сохранившихся подгрупп к новому объединению.

Поскольку «распределенные» системы имеют дело не только с первичными, но и с повторными входными и выходными сигналами, кора в любое время располагает как текущей информацией о внешнем мире, так и переработанной информацией внутреннего происхождения. В результате в коре происходит объединение образа, сформированного в ближайшем прошлом, с текущим образом внешнего мира. Сравнение внутренних показаний с текущей информацией об окружающем мире и составляет предполагаемую основу сознания.

Электроэнцефалографические показатели мышления. Как меняются ритмы ЭЭГ при решении мыслительных задач?

Сейчас установлено, что меняются все ритмы.

Умственная деятельность вызывает устойчивую десинхронизацию альфа-ритма. Повышается мощность бета-ритма (особенно в ситуации новизны).

Усиливается тета-активность особенно в периоды наибольшей концентрации внимания. Эти изменения положительно соотносятся со скоростью и успешностью решения задачи. Тета-ритм наиболее выражен в передних отделах коры.

При умственной деятельности происходит резкое увеличение числа участков коры, где обнаруживается синхронизация биопотенциалов. При вербальных и арифметических задачах наблюдается синхронизация в лобных и центральных отделах левого полушария, а при математических задачах – дополнительно и в теменно-затылочных отделах.