Станислас Деан - Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Затем мы соединили эти воображаемые нейроны в локальные кортикальные пучки, имитируя таким образом кору головного мозга, состоящую из слоев связанных между собой клеток. Концепция нейронного «пучка» опирается на тот факт, что нейроны, находящиеся друг над другом перпендикулярно поверхности коры, как правило, поддерживают тесную связь, одинаково реагируют и появляются в результате деления одной исходной клетки. Наша модель вполне соответствовала этим условиям: нейроны в столбцах, как правило, поддерживали друг друга и реагировали на одинаковые импульсы.

Смоделировали мы и небольшой зрительный бугор — структуру, состоящую из множества ядер, каждое из которых поддерживало тесную связь с каким-либо сектором или с различными точками коры. Мы добавили соответствующую действительности силу связей и временные задержки, они должны были возникнуть с учетом расстояния, которое предстояло преодолеть путешествующему по аксонам разряду. В результате мы получили грубую модель простейшего вычислительного блока, какой есть в мозгу у приматов: таламокортикальный пучок. Мы проследили за тем, чтобы эта модель вела себя так же, как настоящий мозг, то есть даже в отсутствие входящей информации виртуальные нейроны выдавали спонтанный импульс, а на электроэнцефалограмме их деятельность выглядела приблизительно так же, как выглядит деятельность коры головного мозга человека.

Получив удачную модель таламокортикального пучка, мы соединили несколько таких пучков в функциональную мозговую сеть широкого охвата. Мы имитировали иерархию четырех областей мозга и предположили, что каждая из них может содержать два пучка, кодирующих два целевых объекта — звук и свет. Наша сеть различала только два типа стимулов, но без этого сверхупрощения мы не смогли бы отслеживать работу модели. Мы предположили попросту, что, если в систему ввести дополнительный обширный набор состояний, качественных изменений в ней не произойдет 46.

На периферии восприятие происходит параллельно: нейроны, кодирующие звук и свет, могут активироваться одновременно, не мешая друг другу. Однако на более высоких уровнях кортикальной иерархии они активно подавляют друг друга вплоть до того, что эти области могут заниматься лишь одним интегрированным видом нейронных импульсов — то есть одной «мыслью» — одновременно.

В нашей модели, как и в настоящем мозгу, кортикальные области периодически посылают друг другу сигналы по цепочке: первая область получает сенсорный импульс, пересылает его во вторую область, а та — в третью и четвертую. Следует отметить, что при отдаленной обратной связи данные замыкают цепь саму на себя, поскольку высшие области посылают импульсы поддержки в те самые сенсорные области, из которых получили их ранее. В результате мы имеем упрощенное глобальное рабочее пространство: сплетение прямых и обратных связей на разных уровнях: нейронов, пучков, областей и длинных связующих элементов между ними.

И вот, наконец, программирование осталось позади, мы радостно включили имитацию и принялись следить за тем, как будут раздражаться виртуальные нейроны. Чтобы имитировать восприятие, мы подали на зрительные нейроны таламуса небольшой электрический ток, грубо воссоздав процесс, который происходит, когда, к примеру, активируются рецепторы света на сетчатке — сначала активируются, а потом, после первичной обработки импульсов, возбуждают нейроны-ретрансляторы, расположенные в той части зрительного бугра, которая называется латеральным коленчатым телом. Далее процесс имитируется в соответствии с уравнениями. Как мы и надеялись, наша подделка, пусть и безмерно упрощенная, продемонстрировала множество физиологических свойств, которые наблюдались при экспериментах на настоящем мозге и истоки которых мы вдруг получили возможность изучить.

Первым из этих свойств была глобальная массовая активация. Поданный нами стимул медленно поднимался вверх в строгом соответствии с кортикальной иерархией, от первичной области ко вторичной, а затем к третьей и четвертой. Движущаяся вперед волна имитировала хорошо знакомое нам перемещение нейронной активности по иерархии зрительных областей. Спустя некоторое время возбуждение начало охватывать все пучки, кодирующие свойства объекта восприятия. Благодаря множеству обратных связей нейроны, кодирующие одну и ту же сенсорную информацию, обменивались сигналами, поддерживая друг друга и таким образом вызывая массовую активацию. Одновременно с этим происходило активное подавление параллельных процессов восприятия. Активация продолжалась несколько сот миллисекунд. Ее длительность никак не была связана с длительностью воздействия исходного стимула: даже краткого сигнала извне уже было достаточно для того, чтобы поддерживать передающуюся в обоих направлениях активность. В этих экспериментах нам удалось уловить самую суть того, каким образом мозг создает долгоиграющие репрезентации увиденной мельком картины и поддерживает их в реальном времени.