[мозг] ассоциативная нейроцепь

Oct 15, 2012 11:06

Большое число (если не все) важных явлений психики и "интеллекта" приматов поддаются довольно прозрачной трактовке в рамках схемы, которую мы частично описали (см. записи о мозге).
Мы также постоянно пользуемся терминами "нейронная цепь" и "нейронный контур" для описания некой функциональной абстракции КГМ.

И тут загвоздка: оба термина уже заняты некими другими значениями более низкого уровня абстракции.

"Нейронная сеть" могла бы по смыслу подойти, но она более чем прочно занята.

Еще лучше подошла бы "нейронная подсеть", но звучит как-то ... не так.

***

Пока скажем, что интересующее нас понятие восходит к человеку по имени Дональд Хебб (Donald Hebb, у него была знаменитая книжка 1949 г., так и не переведённая на русский).

Хебб на пару с нашим золотым Александром Романовичем Лурией почитаются в мире как со-отцы нейропсихологии -- или нейронауки, неважно; два столпа, короче.

Но Лурия у нас известен как отец-основатель по стандартному учебнику, а от Хебба есть только эхо -- компьютерные "нейронные сети".

Так вот, эти самые нейронные сети суть проекция идей Хебба (что есть исторический факт) на, грубо говоря, фортран -- насколько мы можем судить, не имея книжки (фиксированное число "нейронов", фиксированным образом связанных между собой, и всё это -- нейроны и связи -- описывается некими коэффициентами, меняющимися при "обучении" такой нейронной сети).

В такой проекции теряется некоторая часть динамики тех сетей и цепей, которые он сам описывал в 1949 г.

Мы хотим иметь в виду некоторую другую проекцию, в которой на первый план выведены не нейроны, а целые большие их сцепления, связывающие разные комбинации входов и выходов ассоциативной коры.

***

Напомним, что нейрон -- это такая клетка с многими входами и многими выходами -- которые проводками тянутся в разные стороны, пока не дотянутся до других нейронов.

Обычно говорят об одном выходящем аксоне, но аксон в конце тоже ветвится, а местонахождение тела нейрона для логики его функционирования безразлично.

Тут опять пример стандартного мема -- "много входов-дендритов -- один выход-аксон", -- искажающего суть дела; по крайней мере суть дела с точки зрения логики функционирования нейрона и мозга.
Вход одного нейрона = выход для другого (или для того же самого, тоже бывает).

Эта точка контакта называется синапс (в русском ударение на и, если по словарям, или на а, если по узусу профессионалов, в английском словари разрешают так и так).
На самом деле это целый довольно сложный девайс.

Синапсы могут образовываться и рассасываться, и характеризуются некой "силой" или "проводимостью".

Нейрон работает так: если на входах достаточно большой суммарный электрический потенциал, то нейрон как бы "вспыхивает" и "выстреливает" в свои выходы электрическим импульсом, так что на его выходных контактах появятся потенциалы, которые могут сложиться на других нейронах, которые тоже могут "вспыхнуть" и "выстрелить".

Как распределяется "выстрел" по точкам выхода, нам не ведомо.
Важно ли это? Непонятно. Скорее, нет, чем да.

Но что важно, так это то, что "выстрел" на все выходы направляется одновременно. Это и есть тот существенный функциональный смысл, который скрывается за утверждением о "единственном выходящем аксоне".
Тут есть масса конструктивных возможностей, реализованных Животворящей Натурой в разных типах нейронов:
Один нейрон выстреливает одиночными импульсами, другой пачками.
Одни нейроны генерируют возбуждающие потенциалы на своих выходах,
другие тормозящие (потенциал с противоположным знаком), то есть один нейрон может "запереть" другой, не дать тому выстрелить (ср. контроль за спокухой на лице).

Еще есть масса вариаций в плане того, как "открываются" синапсы:
там могут быть задействованы разные нейромедиаторы,
и на это дело может влиять поглощаемая организмом химия...

Короче, месиво то ещё.

Но детали нам не важны.
Важно иметь некую общую примерную картину происходящего.

В частности, что синапсы могут упражнением образовываться (достаточно считать, что у одного нейрона отрастает новый отросток и дотягивается до другого нейрона),
а также повышать свою проводимость.

А также что они некоторое время "помнят" о прохождении импульса, сохраняя повышенную проводимость.

***

Итак, нас интересует центральная ассоциативная область -- условный неокортекс, описанный в записи о среднем мозге.
Можно ещё говорить КГМ -- кора головного мозга (мы призывали читателя привыкать к этой стандартной аббревиатуре).

Конкретная структура КГМ (скомканная салфетка ~50х50 см. в шесть клеточных слоёв по миллиметру толщиной, слои различаются типами и связями нейронов) нас волнует меньше всего.

Просто представляем ее себе как некую область, в которую в разных местах втыкаются пучки проводков от органов чувств и центров эмоций (что такое центры эмоций, и что такое эмоции мы пока оставим в стороне [Upd 2014-08-07: тыц]), а также специальных центров, генерирующих стохастическую импульсацию -- вроде батарейки локвации.

Изначально КГМ -- это просто месиво нейронов с ветвящимися отростками, торчащими и тянущимися во все стороны.

(Редакция 2016-07-22: Наш золотой С.Вяч. уверенно и неоднократно утверждал, что все нейроны на месте уже при рождении: дальше они только медленно гибнут. Но есть экспериментальные, скажем так, намёки -- возможно, просто "сенсации", раздутые, как обычно, научпопами-вредителями, всё не проверишь, -- что нейроны могут добавляться даже у взрослых: образовываться в гиппокампе и расползаться оттуда по мозгу. В любом случае это процесс слабый и затухающий с возрастом.)
По износу нейроны могут удаляться -- съедаться "чистильщиками" -- клетками нейроглии, которых на каждый нейрон штук десять, целая свита обслуживающего персонала.
Но это всё так, в сторону.
Нас больше волнует, что между нейронами могут формироваться связи.

На самом деле можно по-грубому сказать, что, изначально в КГМ всё связано со всем, в том числе потому, что у проводков, связывающих нейроны, поначалу нет электрической изоляции.
Так дело обстоит у новорожденных.
Поэтому у детей мозг может стрелять как попало, самым непредсказуемым образом.
Вызывая самое непредсказуемое "творчество".
Поэтому они всё ломают.
По мере роста на аксонах нарастает изолирующая миелиновая оболочка -- происходит миелинизация, продолжающаяся где-то до 25 лет (конец аспирантуры).

Те контакты между нейронами, которые используются, останутся.
Прочие зарастут миелином -- это нужно для повышения скорости прохождения электрических импульсов (у детей реакция плохая).

Отсюда педагогический вывод:

Мало есть аргументов глупее, чем "мне/ему/ей это не понадобится".
Нужно ненавязчиво грузить (с паузами на отдых и само-деятельность) дитё до 25 лет чем ни попадя, самыми разнообразными и экзотическими предметами и занятиями, причем по-возможности через все органы чувств (тут китайский язык с его иероглифами, тонами и каллиграфией держит первенство).

Это сохранит в мозге синапсы, которые послужат субстратом ума во взрослом состоянии (они потом доподнастроятся как надо по жизни).
Ещё раз: основа ума -- это не столько нейроны, сколько синапсы.

Хотя чем больше нейронов, тем больше возможный максимум числа синапсов.
***

Итак, КГМ более-менее непрерывно простреливается импульсацией, попадающей в КГМ из ряда входов (очень грубо говоря, каждый "пиксель" в сетчатке глаза даёт один вход), и выходящей в ряд выходов (для каждой мышцы etc.).

Под воздействием этой импульсации образуются синапсы, связывающие большие группы (тысячи и миллионы) нейронов в этакие цепи, одновременно соединяющие несколько входов с несколькими выходами.

Грубо говоря, когда возникает эмоция, в мозг впрыскивается химия, и между соседними нейронами, которые были активными в этот момент, образуются/укрепляются синапсы (см. также в комменте о возникновении новых связей через рождение новых нейронов под влиянием эмоций).
Upd 2019-02-07 С.Вяч. где-то сообщает, что на мембране нейронов всё время образуются (он даже называл скорость) некие взбухания, которые и служат основой новых синапсов в подходящих условиях. Очень естественный механизм: образование впуклостей-выпуклостей на мембранах -- очень естественный процесс, ср. выброс химии везикулами или съедание амёбой пищи в школьном учебнике.

***

Эти цепи по необходимости тянутся как ни попадя (сначала же было просто случайное месиво) через всю КГМ, соединяя входы-выходы, причем не одной ниточкой, а ветвясь-сходясь-расходясь как попало.
Короче, целая сеть с многократным дублированием путей проведения импульса.

Отсюда и возникает известное тому же Лурии явление "распределенности" памяти, т.е. что повреждение участка мозга может не иметь радикальных последствий для памяти индивида: память представлена ветвящимися, многониточными, проходящими через большие части КГМ цепями-сетями, так что при повреждении одного локального участка цепь-сеть может сохранить способность функционировать вместе со своими ассоциативными связями с другими нейроцепями.

Естественно, приматический интеллект тут же накомбинировал сюда красивости вроде "голографии", "фрактальной структуры мозга" и т.п., нагенерировав изрядное количество словоблудия.
У нас есть подобная книжка, которую остаётся только выбросить.
***

Описанная ассоциативная нейроцепь (это просто у нас единый термин; для краткости просто нейроцепь -- неассоциативные, вроде дуги коленного рефлекса, нас не интересуют) и будет нашей основной абстракцией -- основной единицей рассуждений.

На абстрактном уровне -- если отвлечься от реализации на субстрате из каши нейронов -- это штука, которая соединяет некоторые входы с некоторыми выходами, "вспыхивающая" в зависимости от конфигурации (неких сумм) потенциалов на входах и при "вспыхивании" "подсвечивающая" выходы. Она также может быть ассоциативно связана с другими такими же нейроцепями, которые для нее служат одновременно и входами, и выходами.

Upd 2019-02-07 Хебб употреблял название cell assemblies, которое чайники-переводчики перевели как "ансамбли нейронов", хотя assembly -- это "сборка" в том смысле, в котором слово фигурирует в выражении assembly line = сборочный конвейер (напомним, что у Наблюдателя есть профессиональная квалификация технического переводчика). "Нейроцепь", подразумевающая конкретное сцепление нейронов, гораздо лучше соответствует тому смыслу, который вложил в свой термин Хебб, чем какой-то мистический "ансамбль".

***

Несколько аксиом, описывающих в общих чертах свойства таких цепей.
(Аксиом, т.к. детальный механизм этих свойств нам не интересен, но представить себе его несложно.
И ещё: мы не стремимся ни к полноте, ни к полной точности; дополнять и уточнять будем по мере необходимости.)

Такая цепь может зажечься как целое: это значит, что все составляющие её синапсы открылись, и по цепи идёт электрическая импульс/ация.

Такая цепь (в отличие от отдельного нейрона) не является направленной: с какой стороны ни подай к ней достаточный суммарный потенциал, она зажжётся, лишь бы потенциал был достаточным.

Между цепями есть связи -- ассоциации. Состоящие из множества контактов.
Электрическая импульсация, гуляющая по КГМ, вызывает "мерцание" цепей -- "блуждание огня" -- цепи друг друга поджигают в зависимости от наличных связей между цепями, конфигурации сигналов от органов чувств, и внутримозговых источников стохастической импульсации вроде ретикулярной формации -- или нестохастической вроде внутренних "часов".

Связи между цепями образуются/укрепляются, когда цепи зажжены приблизительно одновременно, причем связи укрепляются под действием эмоций гуморов -- чем сильнее эмоции гуморы, тем [Upd больше по мозгу выбрасывается веществ, играющих роль "закрепителей", и тем, соответственно,] быстрее укрепляются эти связи.

(Upd 2012-11-02: такая связь может образоваться между любой парой нейроцепей. Это абстракция, и реальная геометрия мозга этому не всегда способствует. Но как тенденция в ассоциативной области это, по-грубому, так.)

Ассоциативно связанные цепи могут подсвечивать друг друга (или запирать -- подсвечивать потенциалом противоположного знака): если одна зажглась, то на входах другой появится некий потенциал, так что для ее полного зажигания на других (возможно, основных) входах достаточно появиться более слабому (или более сильному, если речь о запирании) потенциалу, чем без подсветки.

***

Вот примерно та картинка нейрального субстрата, которую мы предлагаем иметь в виду, обсуждая "психику" и "интеллект".

Важность этого предложения нельзя переоценить.
Потому что необходимо хотя бы по-грубому представлять себе, как отдельные явления "психики" и "интеллекта" могут быть представлены в КГМ.
Без такой опоры слишком легко увидеть в явлениях психики чёрте-что (ср. Фрейд; да и более научные психологи практически все тоже этим грешат -- Выготский, Пиаже, Рубинштейн, Давыдов.....).

В такой картинке механизм, скажем, условного рефлекса прост и очевиден.

Слова "прост и очевиден" не относятся к молекулярно-клеточным механизмам, с помощью которых Животворящая Натура вынуждена реализовывать эту логику в мозговых пузырях белковых тел.

Пока оставим так.

лурия_ар, нейроцепь, мозг, хебб_до, тезаурус

Up