Алексей Редозубов: Мозг напрокат. Как работает человеческое мышление и как создать душу для компьютера

Попробуем схематично проследить эволюцию нейронных сетей.

У одноклеточных говорить о нервных клетках не приходится, однако у некоторых из них (как, например, у эвглены) появляются уже органоиды для восприятия раздражений из внешней среды (стигма, или глазок, у эвглены, хламидомонады и др.). Низкоорганизованные многоклеточные животные — губки — тоже не имеют нервной системы.

Впервые в эволюции специализированные нервные клетки появляются у гидры и других кишечнополостных. Нервные клетки кишечнополостных не отделены друг от друга синапсами и не объединены в нервную систему, а либо представляют собой отдельные разветвленные клетки, либо образуют нервную сеть, состоящую из клеток, соединенных между собой ветвистыми отростками. Импульс, возникший в одной части тела, может распространяться по всем направлениям во все остальные части организма. Нервные клетки гидры не дифференцированы на различные виды, а просто одни ветви нервной сети направляются к рецепторным клеткам, а другие — к сократимым. Однако уже у медуз и актиний отмечается тенденция к группировке нейронов в нервные цепочки. У них нейроны, как правило, соединены синапсами, наблюдается дифференцирование нервных клеток на сенсорные, соединительные и двигательные нейроны. В ходе дальнейшей эволюции нейроны, синапсы и нервно- мышечные соединения изменились мало.

У различных беспозвоночных нейроны и синапсы устроены в основном так же, как и у человека. Эволюционное развитие нервной системы выражалось в увеличении числа нервных клеток (нейронов), в дифференциации формы нейронов и их функциональной специализации, в усложнении межнейронных связей, в группировке нейронов с образованием узлов и, наконец, в централизации нервной ткани. Среди беспозвоночных наиболее развита нервная система у членистоногих (насекомых, пауков, крабов, омаров) и у головоногих моллюсков. У кальмаров и осьминогов наблюдается цефализация, то есть развитие головной капсулы, в которой сконцентрированы нейроны, управляющие поведением организма. У этих животных кроме головного мозга развивается нервный тяж, аналогичный спинному мозгу позвоночных. У кольчатых червей и у примитивных представителей членистоногих имеется по паре ганглиев в каждом сегменте тела, а у более высокоорганизованных ганглии сливаются в общий ганглий. Особенно высокого развития у членистоногих достигают органы чувств — сложные глаза, органы химического чувства, механорецепторы, органы слуха и др. Головной мозг и ганглии включают огромное число вставочных нейронов, выполняющих интегративные функции. Существует даже подсистема, аналогичная вегетативной нервной системе позвоночных, иннервирующая (связывающая с центральной нервной системой) сердце, пищеварительный тракт и главные эндокринные органы.

В связи с выходом на сушу и увеличением многообразия форм поведения у позвоночных животных продолжалось и усложнение нервной подсистемы. У позвоночных нервный тяж расположен на спинной стороне тела и имеет центральную полость, тогда как у беспозвоночных нервная цепочка расположена на брюшной стороне, под пищеварительным трактом, и не имеет полости внутри. У рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих нервная трубка заключена в позвоночный столб, а из переднего отдела нервной трубки образуются отделы головного мозга, заключенные в черепную коробку. Начиная с амфибий, формируется кора головного мозга, наибольшего развития достигая у млекопитающих, особенно у человека. Основной план развития и строения нервной системы у всех позвоночных сходен, различия же касаются, главным образом, развития отдельных частей головного мозга и размеров последнего по отношению к размерам спинного мозга, формирования тесной связи между гипоталамусом и гипофизом (Томинский, 2002).

Видно, что в ходе эволюции у живых организмов возникало и усложнялось большое количество специализированных нейронных сетей, похожих на те, о которых мы говорили в начале главы. При этом каждая из таких сетей (количество нейронов и структура их связей) эволюционировала по генетическому алгоритму и передавалась, будучи закодирована в хромосомном наборе, из поколения в поколение.

В таких сетях количество нейронов, их тип, структура их связей жестко определены и представляют собой совершенное творение природы, отточенное естественным отбором.

Например, могильный червь Caenorhabditis elegans — излюбленный объект исследований нейробиологов — имеет очень нехитро устроенную нервную систему. У этого червя всего 302 нейрона, и связи между ними прекрасно изучены (Brenner, 1974).