Станислас Деан - Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Динамика модели воспроизводила свойства, которые мы наблюдали на электроэнцефалограммах и при записи данных с введенных в мозг электродов. У смоделированных нейронов по большей части наблюдалось запоздалое и резкое повышение количества получаемых синаптических импульсов. Возбуждение перекидывалось на новые и новые нейроны, но одновременно с этим возвращалось в исходные сенсорные области, с которых начиналось, — имитация позднего распространения сигнала, которое мы наблюдали в сенсорных областях в период доступа в сознательное восприятие. В нашей модели состояние массовой активации выливалось, кроме того, в обоюдонаправленную нейронную активность в многочисленных, как бы вложенных друг в друга петлях модели: в кортикальном пучке, от коры до зрительного бугра и обратно и на большие расстояния в коре. В итоге выросло количество осцилляционных колебаний на самых разных частотах с выраженным пиком на гамма-уровне (30 и более герц). В момент глобальной массовой активации пики нейронов, кодирующих сознательное восприятие, синхронизировались и происходили одновременно. Короче говоря, компьютер сымитировал четыре автографа сознательного восприятия, которые мы выделили эмпирическим путем.

Имитация этого процесса позволила нам посмотреть на него с новой, математической точки зрения. Доступ в сознательный опыт соответствует тому, что физики-теоретики зовут фазовым переходом — внезапным переходом физической системы из одного состояния в другое. Как я уже объяснял в главе 4, фазовый переход происходит, к примеру, когда вода превращается в лед: молекулы H 2O внезапно складываются в жесткую структуру с совершенно новыми свойствами. Во время фазового перехода физические характеристики системы могут меняться быстро и скачкообразно. В нашей компьютерной модели произошло то же самое: вялотекущая, низкая спонтанная активность на миг резко возросла, и тут же начался синхронизированный обмен импульсами.

Нетрудно понять, почему этот переход произошел так внезапно. Нейроны высшего уровня посылают импульсы тем самым участкам, которые первыми их подали, и потому система имеет два стабильных состояния с нестабильной границей между ними. Модель либо демонстрировала низкий уровень активности, либо, если входящий стимул усиливался и превышал критическое значение, стремительно и лавинообразно начинала активировать сама себя, заставляя подгруппы нейронов лихорадочно рассылать сигналы. Судьбу стимула средней интенсивности предсказать было невозможно — может, активность сойдет на нет, а может, вдруг перескочит на высокий уровень.

Этот аспект нашей модели прекрасно согласуется с психологической концепцией, созданной 150 лет назад и гласящей, что у сознания есть порог, четко отделяющий бессознательные (сублиминальные) мысли от сознательных (супралиминальных). Бессознательная обработка порождает возбуждение нейронов, активность охватывает одну область за другой, но глобальной массовой активации не происходит. А вот доступ в сознательное восприятие, напротив, согласуется с внезапным переходом к более высокому состоянию синхронизированной мозговой активности.

Правда, устройство мозга куда как сложнее снежного кома. На создание адекватной теории фазовых переходов в работе реальных нейронных сетей уйдет еще много лет 47. Собственно говоря, наша модель уже продемонстрировала два вложенных друг в друга фазовых перехода. Об одном из них я только что говорил — это глобальная массовая активация. Правда, возможность этой активации сама зависела от другого фазового перехода, вызывающего «пробуждение» всей сети. Каждый пирамидальный нейрон смоделированной коры получал сигнал активного внимания — небольшой разряд тока, крайне примитивную имитацию хорошо изученного активирующего эффекта ацетилхолина, норадреналина и серотонина, поступающего из различных ядер стволовой части мозга, базальных отделов передней части мозга и гипоталамуса и переводящего кору в положение «вкл». Так наша модель имитировала изменения в состоянии сознания, то есть переход от бессознательного состояния мозга к сознательному.

Когда сигнал активного внимания был слаб, спонтанная активность падала в несколько раз, и массовая активация не прослеживалась: даже сильный входящий сенсорный сигнал, который активировал нейроны зрительного бугра и коры головного мозга в первичной и вторичной областях, и тот быстро сходил на нет, так и не преодолев порог глобальной массовой активации. В этом состоянии наша мозговая сеть была как бы сонной или словно под воздействием анестезии 48. Реакция на стимулы происходила, но только в периферийных сенсорных областях — как правило, активность не могла пройти по рабочему пространству весь путь снизу вверх, вызвать массовую активацию и создать обширную совокупность клеток. Но когда мы усиливали сигнал активного внимания, модель начинала выдавать структурную электроэнцефалограмму, и под воздействием внешних стимулов вдруг происходила массовая активация. Порог активации изменялся в зависимости от активности модели, позволяя нам пронаблюдать за тем, как усиление активного внимания увеличивает вероятность того, что мы заметим самое слабое сенсорное воздействие.