Деякі питання кодування інформації в нервовій системі

Кодування інформації є необхідною умовою для здійснення регуляторних функцій нервової системи. У периферійних аферентних приладах-рецепторах кодування змін інтенсивності зовнішнього впливу в часі здійснюється за рахунок зміни частоти нервових імпульсів, що передаються від периферії до центру. При цьому харак­тер функції частоти розрядів відповідає не фізичній силі подразнення, а інтенсивності виникаючого суб’єктивного відчуття. Імпульсивне бомбардування нейронів, на які передається інформація від периферійних апаратів, у свою чергу визначають у них локальні градуальні зміни, що пропорційні тимчасовому розподілу пресинаптичних імпульсів, які надходять на нейрон і його дендрити. Відповідно до конвергентно-дивергентної організації нервової системи (Л. Р. Зенков, 1982) на одному нейроні ЦНС, особливо кори великого мозку, закінчується багато десятків і сотні нервових закінчень від найрізноманітніших джерел. У зв’язку з цим виникає надзвичайно складне підсумовування гальмівних і збуджувальних потоків нервових імпульсів, у яких, власне, губиться активність, зумовлена одиничним синаптичним впливом, і виникає складна картина коливань потенціалу на нейроні, специфічна вже не для одиничного, вирваного із загального контексту стимулу, а для складної конкретної ситуації, що охоплює повну інформацію про зовнішні умови і внутрішній стан організму. Завдяки конвергентно-дивергентній організації нервової системи подібні специфічні характеристики коливань потенціалу і відповідних їм тимчасових розподілів збудливості і гальмування виникають практично одномоментно у великих обсягах кіркових і підкіркових нейронів мозку. Завдяки цьому створюється основа для інтегративної діяльності мозку, з якою пов’язані вищі психічні функції сприйняття, упізнавання, пам’яті і, врешті, — свідомості.

Питання кодування і зчитування інформації на центральних рівнях є винятково складними. Основним питанням є витягнення конкретної ізольованої інформації за умов, коли внаслідок уже зазначених властивостей великого поширення імпульсації з тих самих джерел на всьому мозку і взаємодії на окремому нейроні вхідних сигналів від тисяч синаптичних закінчень відбувається неминуча втрата інформації, пов’язана із збудженням одиничних синапсів.

Дослідження останніх років показали, що процеси фіксації, витягнення і переробки інформації в такій системі найбільшою мірою відповідають так званій голографічній (грецьк. holos — цілісний) моделі сприйняття і пам’яті (К. Pridram, 1975). Відповідно до цієї теорії при сприйнятті і навчанні відбувається створення відображувальної системи великих популяцій нейронів і їхніх зв’язків майже в усіх зонах мозку, активність яких змінюється координованим чином під впливом стимулу. На основі цієї системи виробляється загальний модус активності, часовий малюнок якої має місце в усіх втягнених у систему зонах. У такій системі інформаційне значення події представлене середньою поведінкою нейронального ансамблю з його зв’язками, а не винятково поведінкою будь-якого специфічного нейрона. В одній і тій самій нейрональній системі при такій організації може бути представлено кілька інформаційних змістів за рахунок відмінностей тимчасових рисунків нейрональної активності. Основними властивостями такої системи є: 1) цілісність роботи системи з відображення стимулу; 2) симультанність організації; 3) відсутність необхідності обліку окремих характеристик образу, оскільки весь він представлений у кожній ланці системи; 4) можливість відновлення цілісного відображення при відсутності низки ланок, що здаються істотними.

Запам’ятовування в такій системі можна уявити як інтерференцію потоку нервових імпульсів, що відповідають інформації, яка надходить від будь-якого зовнішнього супутнього джерела. Поява активності в мозку, що відповідає одному з процесів, приведе до відновлення того, з яким інтерферувала ця активність у процесі сприйняття і запам’ятовування інформації. Одномоментність відтворення цієї активності пояснює такі властивості пам’яті, як симультантність упізнавання, навчання з однієї спроби без необхідності повторного поєднання стимулів, навчання не на основі особистого досвіду, а за даними спостереження за поведінкою інших осіб. Ці­лісна участь мозку в запам’ятовуванні і витягненні інформації пояснює, чому руйнування навіть його великих частин не веде до пов­ної втрати придбаного досвіду, пояснює феномени фантомних відчуттів у втрачених кінцівках, здатність мозку відновлювати образ при відсутності істотної частини інформації. Реальність такого типу процесів сприйняття, запам’ятовування і відтворення інформації підтверджується близькими аналогіями з використовуваними у фізиці й обчислювальній техніці голографічними методами оброблення інформації.