Методология психофизиологического исследования «Человек-Нейрон-Модель». «Векторная психофизиология» (е.Н. Соколов).
На основе анализа механизмов поведенческих актов Соколов разработал общий принцип функциональной организации рефлекторной дуги, взаимодействие элементов которой может воспроизводить поведенческий акт. Концептуальная рефлекторная дуга Соколова включает афферентные, центральные и эфферентные звенья. Между рецепторными и эффекторными образованиями включены системы нейронов: нейронов-детекторов, командных и модулирующих нейронов, а также популяции моторных нейронов.
Система
командных нейронов (КН). Возбуждение
этой системы может запустить целостную
поведенческую реакцию или отдельный
ее фрагмент. Командные нейроны
характеризуются высоким порогом
генерации спайковой активности, способной
запустить соответствующую им рефлекторную
реакцию. Системы командных нейронов,
запускающие различные рефлекторные
акты, могут иметь разные пороги
возбуждения.
Нейроны-детекторы. Они избирательно настроены на определенные параметры раздражителя и реализуют механизмы сенсорных систем. Набор нейронов-детекторов, которые подключены к командному нейрону, определяет его рефлексогенную зону, а популяция мотонейронов, составляющих мишень аксонных синапсов командного нейрона, определяет его моторную программу.
Модулирующие нейроны (МОД). Они получают сигналы из внешней среды и внутренних органов и выполняют функцию регуляции тонуса рефлекторной деятельности мозга в целом, а также командных нейронов. Специальным механизмом регуляции возбудимости являются нейроны модулирующей (активирующей и инактивирующей) систем мозга с генерализованным спектром воздействия и локальным фокусом воздействия на системы, которые ответственны за выполнение данного рефлекса.
Сенсорные нейроны. Они осуществляют анализ и доставку информации командным нейронам. Сенсорные нейроны обладают иерархическим принципом детекторных свойств. Кора состоит из множества детекторов и представляет собой целую систему анализаторов. В итоге обработка сенсорной информации осуществляется по принципу кодирования номером канала одновременно во множестве параллельно задействованных сенсорных каналах.
Командные нейроны, как и нейроны-детекторы упорядоченно организованы в несколько функциональных уровней: нейроны высшего порядка берут на себя функцию контроля и управления деятельности командных нейронов следующего нисходящего уровня; командные нейроны этого более низкого уровня в свою очередь запускают комплексы движений. Выходные командные нейроны двигательной коры запускают отдельные двигательные акты посредством вовлечения в реакцию моторных нейронов (мн) ствола и спинного мозга. Принцип системной организации командных нейронов позволяет при ограниченном наборе моторных нейронов реализовать сложные элементы движений.
Для системной организации командных нейронов двигательной коры также характерен принцип колончатой организации. При этом обработка информации и реализация поведенческих реакций осуществляется одновременно во множестве параллельно функционирующих каналов.
Схема исследования «Человек-Нейрон-Модель» предполагает, что исследование начинается с изучения феноменологии структуры психики на психологическом уровне. Затем переходят к изучению механизмов этих процессов методами физиологии и психофизиологии, а затем переходят к построению математических интегративных моделей.
Один из основателей отечественной психофизиологии Е.Н. Соколов, решая проблему переноса результатов исследований, выполненных на животных, на человека, сформулировал принцип психофизиологического исследования следующим образом: человек – нейрон – модель. Это значит, что психофизиологическое исследование начинается с изучения поведенческих (психофизиологических) реакций человека, Затем оно переходит к изучению механизмов поведения с помощью микроэлектродной регистрации нейронной активности в опытах на животных, а у человека – с использованием электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов. Интеграция всех данных осуществляется путем построения модели из нейроподобных элементов. При этом вся модель как целое должна воспроизводить исследуемую функцию, а отдельные нейроподобные элементы должны обладать характеристиками и свойствами реальных нейронов. Перспективы исследований такого рода заключаются в построении моделей "специфически человеческого типа" таких, например, как нейроинтеллект.
Векторная психофизиология. Появление локуса возбуждения на детекторной карте зависит от параметров стимула. С их изменением локус возбуждения на карте смещается. Для объяснения организации нейронной сети, работающей как детекторная система, Е.Н. Соколов предложил механизм векторного кодирования сигнала. Принцип векторного кодирования информации впервые был сформулирован в 50-х годах шведским ученым Г. Йохансоном, который и положил начало новому направлению в психологии — векторной психологии. Г. Йохансон основывался на результатах детального изучения восприятия движения. Он показал, что если две точки на экране движутся навстречу друг другу — одна по горизонтали, другая по вертикали, — то человек видит движение одной точки по наклонной прямой. Для объяснения эффекта иллюзии движения Г. Йохансон использовал векторное представление. Движение точки рассматривается им как результат формирования двухкомпонентного вектора, отражающего действие двух независимых факторов (движения в горизонтальном и вертикальном направлениях). В дальнейшем векторная модель была распространена им на восприятие движений корпуса и конечностей человека, а также на движение объектов в трехмерном пространстве. Е.Н. Соколов развил векторные представления, применив их к изучению нейронных механизмов сенсорных процессов, а также двигательных и вегетативных реакций.
По мере развития представлений о строении и функционировании сетей разного типа наблюдается интеграция этих исследований и информационного подхода. Примером служит векторная психофизиология — новое направление, основанное на представлениях о векторном кодировании информации в нейронных сетях. Суть векторного кодирования в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения — комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. При этом ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвертирующих на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют. Например, выполненные в этой логике исследования цветового зрения человека показывает, что воспринимаемый цвет определяется направлением фиксированного четырехкомпонентного вектора возбуждения (Е.Н. Соколов, 1995).
Векторная психофизиология. По мере развития представлений о строении и функционировании сетей разного типа наблюдается интеграция этих исследований и информационного подхода. Примером служит векторная психофизиология — новое направление, основанное на представлениях о векторном кодировании информации в нейронных сетях (Е. Н. Соколов, 1995). Предполагается, что этот подход открывает возможности для интеграции нейронных механизмов и закономерностей протекания психических процессов в единую непротиворечивую модель. Суть векторного кодирования заключается в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения — комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. При этом ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвергирующая на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют. Управление реакциями осуществляется также комбинациями возбуждений, генерируемых командными нейронами. Например, выполненные в этой логике исследования цветового зрения человека показывают, что воспринимаемый цвет определяется направлением фиксированного четырехкомпонентного вектора возбуждения (Соколов, Измайлов, 1996).
Психофизиологическая проблема: формулировки, подходы к решению («дуалистический интеракционизм», «научный материализм» и др.).
В настоящее время можно выделить 4 основных подхода к проблеме “психики и мозг”. Они м.б. обозначены как “дуалистический”, “физикалистский”, бихевиоральный” и “функционалистский”.
1. Дуалистский подход (дуалистический интеракционизм).
Постулирование двух разнокачественных субстанций – духовной и материальной, и возможности взаимодействия между ними («неэкономное» решение). Таким путем можно построить любые правдоподобные объяснения (позиция дуалистического интеракционизма). Сторонниками дуализма являются такие известные нейрофизиологи как Ч.Шеррингтон, У.Пенфилд (“The mystery of the Mind: A critical Study of Consciousness and the Human Brain”, 1975), Дж.Экллз («The neurophysiological basis of mind», 1953; K.Popper, J.Eccles «The Self and its Brain», 1977).
2. Физикалистский подход (или т.н.«научный материализм») развивает идею тождества ментального и физического (радикального физикализма и редукционизма – Томас Нагель, Карл Гемпель, Роджер Пенроуз и др.). Естествознание (и, прежде всего, физика) по ходу своего развития сможет описать психику как определенные мозговые процессы. Ставят главной задачей дать полное описание человека в физико-химических терминах. В 19 в. сторонники такой т.зр. назывались «вульгарными материалистами» (нем. философы Людвиг Бюхнер, Карл Фогт). Основной пункт критики – невозможность описать качества «интенциональности», «смысла», «личности» и др. в терминах естествознания).
3. Бихевиоральный подход.
Описание мозга и сознания в терминах поведенческих актов (нерасчлененно, в единстве: напр., рефлекс). Сознание сводится к поведению, а ПФ проблема как бы снимается, ибо поведение представляет, «в снятом виде», сразу и психику и ее механизмы (бихевиоризм, современная ВНД).
Впервые такая позиция была сформулирована И.П.Павловым: «Нельзя ли найти такое элементарное психическое явление, которое … могло бы считаться вместе с тем и чистым физиологическим явлением, и, начав с него – изучая строго объективно условия его возникновения, - получить объективную физиологическую картину всей ВНД животных ... вместо раньше производившихся всяческих опытов его искусственного раздражения и разрушения?».
Такая позиция созвучна позициям современных психофизиологов, и, в частности, английского исследователя механизмов памяти - Стивена Роуза («Устройство памяти», 1995). Аналогия с Розеттским камнем из Британского музея (Египетская галерея) – черный обелиск, 1799, Наполеон Бонопарт, г. Розетта (Египет). Надпись на древнеегип. (иероглифы), египетской скорописи (десмотическое письмо) и греч.языках - постановление собрания египетских жрецов от 196 г. до н.э. (г.Мемфис) по поводу празднования первой годовщины коронации царя Птолемея 5 Епифана (203-181 г. до н.э.). Фр.уч.Ф.Шампольон в 1822 г. расшифровал егип.иероглифы. По мнению Ст.Роуза, таким Роз.камнем для ПФ является «память».