Современные теории сознания. Фундаментальная научная теория сознания

ТЕОРИИ СОЗНАНИЯ

Существует множество теорий о механизмах сознания, в кото­рых предпринимается попытка сформулировать необходимые и достаточные условия для возникновения сознания. Их можно раз­делить на структурные, когда акцент делается на рассмотрение роли отдельных структур или нейронных сетей мозга, и на функ­циональные, которые определяют сознание через специальные ког­нитивные операции — мышление, воображение, запоминание и желание. На деле эти два подхода не исключают друг друга, так как специальные операции, связанные с сознанием, реализуются с участием особых нейронных сетей, находящихся в конкретных структурах мозга.

Изучая процессы концентрации и индукции возбуждения, их распределение по коре, И. П. Павлов создал теорию сознания, которая получила название теории светлого пятна.Он связывал сознание с фокусом возбуждения, светлым пятном, областью по­вышенной возбудимости, которая может перемещаться по коре.

При этом сознание не обязательно связано с символьными опера­циями — второй сигнальной системой и речевой деятельностью. По И.П. Павлову, сознание есть у человека и у животных.

Изучая поведение собак в условиях свободного их перемеще­ния в манеже, И.С. Бериташвили выявил эффект сенсорного обу­чения.Он нашел, что образ целевого объекта — пищи и места ее нахождения — формируется быстро, фиксируется и легко извле­кается из памяти, когда нужно удовлетворить биологическую по­требность. В связи с тем что эти результаты не укладывались в про­стую рефлекторную схему, он ввел понятие психонервной деятель­ности, которая оперирует образами. Он предположил, что внешняя среда всегда сравнивается с ее отражением — репрезентациями, хранящимися в памяти. Это характерно как для человека, так и для животных. Поведение строится на основе психонервных механизмов мозгового отображения. Формирование образов он связывает с фун­кцией звездчатых клеток. Они не посылают свои аксоны за пределы коры, так как относятся к внутренним клеткам коры и имеют само­стимулирующую обратную связь. Возбуждение может циркулировать по цепочке звездчатых нейронов. Такая локальная реверберация возбуждения рассматривается как основа для формирования слож­ного образа. Звездчатые нейроны создают материальный субстрат для сознания и служат механизмом для психонервной деятельнос­ти, когда нельзя разделить психическое и физиологическое.

Теория сознания Дж. Экклса (Есс1ез.1., 1994) исходит из осо­бой функции дендритов пирамидных клеток коры. Наличие систе­мы пирамидных нейронов является характерной чертой неокор-текса. Находясь в нижних слоях коры, они на уровнеIV слоя коры собираются в дендритный пучок, который достигает I слоя. Дж. Экклс предположил,что субъективный (психический) фе­номен, выявляемый интроспективными методами, которому он дал название «психон», связан с пучком дендритов пирамидных клеток, идущим к поверхности коры. Пучок дендритов от группы 70—100 соседних крупных и средних пирамид был назван «дендро-ном». Каждый дендрон обладает множеством синапсов, на которых оканчиваются бутоны терминалей аксонов. Следует подчеркнуть, что открытия, сделанные в последнее время, указывают на осо­бые, сложные функции, выполняемые дендритами- В шипиках ден­дритов обнаружен свой собственный аппарат транскрипции — синтеза белков, важных не только для восстановления функций нейрона, но и для его пластических модификаций. Информацион­наяРНК переносится из ядра к определенному постсинаптичес-кому участку дендрита, где осуществляется синтез новых белков и встраивание их в мембрану. Дж. Эккдс приписал дендрону функ-

цию носителя единицы сознания. Отдельному дендрону соответ­ствует отдельный психон как, единица локального ощущения. Множе­ство психонов представляет все разнообразие субъективных явле­ний. Сознание есть следствие психонов, генерируемых соответствую­щими дендронами, Его теория сознания сводится к установлению связей между психонами и отдельными дендронами. Его дуалисти­ческая позиция выражается в том, что он признает существование нематериального начала, которое может воздействовать на денд-риты. Нематериальная передача осуществляется за счет выброса кванта медиатора. В концепции сознания Дж. Экклса предполага­ется активное влияние психического феномена на поведенческие акты в виде «свободы воли». Влияния реализуются через управле­ние вероятностью высвобождения квантов медиатора.

Многие теории сознания исходят из принципа повторного вхо­да возбуждения в систему, образующую материальную основу со­знания. Широкую известность получила теория повторного входа, которую предложил и теоретически разработал Дж. Эдельман, (см.; Эдельман Дж., МауткастелВ., 1981). Позже эта теория по­лучила экспериментальное и теоретическое развитие в работах А.М. Иваницкого (1997).

Дж. Эдельман предположил, что элементарные процессы со­знания являются прерывистыми, т.е. требуют циклического повто­рения некоторой последовательности событий при наличии по­вторного входа (гее1гетп§) в одну и ту же группу клеток. Это озна­чает, что система сознания построена таким образом, что сигнал, возникший внутри некоторой системы, входит в нее повторно, как если бы он был внешним сигналом. Распространяя этот прин­цип на работу нейронных сетей, автор предположил, что сенсор­ная информация от внешней и внутренней среды после ее предва­рительной обработки в первичной нейрональной группе повторно входит в нее, возвращаясь после дополнительной обработки в дру­гих группах клеток. При этом параллельно в эту же группу нейро­нов поступает информация в виде ассоциированных сигналов из долговременной памяти. Соединение этих двух потоков информа­ции и составляет один цикл, или повторяющуюся фазу, активно­сти сознания. Обсуждая возможную продолжительность каждого цикла, он предполагает, что она равна 100 мс. Важной чертой тео­рии сознания Дж. Эдельмана является не только положение о повторном входе возбуждения. Он подчеркивает связь сознания с операциями обращения к долговременной памяти. Осознание воз­никает в результате обращения групп нейронов высокого порядка к мультимодальным ассоциативным структурам, заложенным в долго­временной памяти на основе прошлого опыта.

А.М. Иваницкий (1997) в своей теории ^информационный син­тез как основа ощущений» исходит из результатов собственных ис­следований связи волн вызванного потенциала (ВП) с субъектив­ными показателями восприятия стимула. Количественная оценка восприятия в соответствии с теорией обнаружения сигнала произ­водилась по двум независимым переменным: показателю сенсор­ной чувствительности (а’) и критерию принятия решения, зави­сящего от мотивации субъекта. Было показано, что амплитуда ран­них компонентов ВП положительно коррелирует с показателем а’, а поздние компоненты — с критерием принятия решения. Про­межуточные волны ВП с латенцией 140—180 мс коррелировали с обоими показателями восприятия, причем отношения были выяв­лены только для проекционной коры. Факты двойной корреляции этих сред нелатентных компонентов ВП

с сенсорными свойствами стимула (6′) и его значимостью (принятие решения) — послужи­ли основой для концепции о кольцевом движении нервных им­пульсов с «центральной станцией» в проекционной коре. Сначала возбуждение от проекционной коры, вызванное сенсорным сти­мулом, поступает к ассоциативной. Для зрительной модальности ассоциативные отделы находятся в височной коре. Затем сигнал поступает к структурам лимбико-гиппокампального комплекса и подкорковым центрам эмоций и мотиваций. Оттуда возбуждение вновь возвращается в кору, включая ее проекционные отделы, по системе диффузных проекций. Затем к обработке информации под­ключается и лобная кора. На рис. 59 схематично представлен путь кольцевого движения возбуждения при возникновении зритель­ного ощущения. Ведущее звено в этой схеме — синтез информа­ции о физических и сигнальных (значимых) свойствах стимула на нейронах проекционной коры. Информация о значимости стимула извлекается из памяти с помощью мотивационно-эмоциональной системы. Синтез двух видов информации — наличной и извлекае­мой из памяти — определяет появление ощущения. Движение воз­буждения по кольцу составляет психический мониторинг проис­ходящих изменений во внешней и внутренней среде. Этот процесс осуществляется с периодом квантования приблизительно 1 ОС-150 мс. У человека возникшее ощущение затем опознается, кате-горизируется, что требует участия лобных отделов коры, включая вербальные центры. Реакция последних возникает примерно на 200 мс позже ощущения. Теории повторного входа возбуждения, отказываясь от понятия рефлекса, трансформируют его в «коль­цо», внутри которого циркулирует возбуждение.

«Прожекторная теория сознания» предложена Ф. Криком (СпсЬ Р., КосЬ СЬ., 1990). Ф. Крик — один из авторов расшифров-

Scisne ?

Физик Роджер Пенроуз (Roger Penrose) из Оксфордского университета (Великобритания) и анестезиолог Стюарт Хамерофф (Stuart Hameroff) из Аризонского университета (США) довольно давно представили теорию о том, что наше сознание суть квантовый компьютер. Только не те экспериментальные установки, которые иногда помогают в решении отдельных Google-задач, а полноценные «сильные» версии квантовых компьютеров, о создании которых человечество пока лишь мечтает:

Если верить названным учёным, в нашем мозгу используется несколько полезнейших особенностей квантовомеханических процессов — к примеру, способность одной частицы находиться сразу в двух местах.

В середине июня г-да Пенроуз и Хамерофф в очередной раз выступали с подобными идеями — на сей раз на международном конгрессе «Глобальное будущее-2045», который проходил в Нью-Йорке (США).

Один из основных их аргументов выглядит относительно убедительно. Широко известная теорема Гёделя о неполноте ясно показывает: формальная арифметика принципиально ограничена. Более того, ограничена всякая формальная система, в которой можно определить натуральные числа, 0, 1 и пр. базисные понятия того же ряда. Первая теорема Гёделя делает вывод: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней существует невыводимая и неопровержимая формула, а вторая постулирует следующее: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней невыводима некоторая формула, содержательно утверждающая непротиворечивость этой арифметики. Из этого вытекают важные последствия для расчётов, выполняемых с помощью обычных компьютеров и базирующихся на тех же понятиях, что и формальная арифметика. Однако, замечает г-н Пенроуз, на практике человеческие математики способны доказывать то, что, согласно теореме Гёделя, не должны решать системы компьютерного вида.

Вывод физика прост: это прямо указывает на построение человеческого мозга на принципах, далеко отстоящих от тех, что используются в компьютерах. И поскольку нам неизвестны другие принципы вычислений, кроме классических — заложенных в обычные ЭВМ, и квантовых — предположительно, заложенных в квантовые компьютеры D-Wave, то напрашивается такая мысль: наш мозг основывает свои расчёты на квантовой механике.

Что в этой теории хорошо? Главное её преимущество в том, что ни один специалист по человеческому мозгу пока не предложил ни одного удовлетворительного объяснения сознания — состояния, при котором субъект сознает себя и способен мыслить. Очевидно, идея г-на Пенроуза на этом скудном теоретическом фоне кажется по крайней мере теорией, достойной рассмотрения.

И тут мы подходим к тому, чем эта концепция плоха. В самом деле, почему это направление мысли считают маргинальным, хотя сам Роджер Пенроуз, без сомнения, физик выдающийся? Всё просто: он не объясняет, не будучи «специалистом по мозгу», какие конкретно механизмы отвечают за квантовые вычисления в реальном мозгу человека. Стюарт Хамеррофф после ознакомления с теорией предположил, что возможность мозговых квантовых вычислений могут обеспечивать маленькие волокнистые структуры, известные как микротрубочки, входящие в цитоскелет клеток (в том числе аксонов).

Микротрубочки состоят из единиц протеина, известного как тубулин. В определённых районах этого белка электроны начинают «кружиться» очень близко друг к другу. Согласно предположениям г-на Хамероффа, в этой точке электроны могут стать квантово запутанными, после чего даже в случае пространственного разделения действие, происходящее с одним из электронов, может повлиять на другой. В этой ситуации возникновение и исчезновение квантовой когерентности может быть как-то связано с динамической нестабильностью микротрубочек, которые то полимеризуются, то деполимеризуются, причём делают это постоянно, никогда не пребывая в одном устойчивом состоянии.

При этом микротрубочки в одном нейроне могут быть связаны с аналогичными объектами в другом нейроне посредством щелевых контактов — способа соединения клеток при помощи белковых каналов, коннексонов. Последние обеспечивают электрическое соединение двух клеток, а также перенос между ними небольших молекул.

Тем не менее, с точки зрения физического мейнстрима, всё предлагаемое г-ном Хамероффом в части реализации квантовых вычислений в нашей голове — ненаучная фантастика. Наши нынешние квантовые компьютеры предельно чувствительны к шуму. Чтобы минимизировать его, нужно изолировать систему и охладить её почти до абсолютного нуля, дабы тепло не порождало колебания атомов и не генерировало тем самым шумы. Это делает картину квантовых вычислений в таком тёплом и влажном месте, как человеческий мозг, нереалистичной, уверена основная масса физиков. И даже не пытайтесь спрашивать о том, уверены ли они, что для квантовых состояний нет каких-то особых условий, в которых они могут оставаться когерентными, несмотря на шум, порождаемый высокой температурой. Их ответ будет краток: экспериментальных подтверждений таким процессам нет.

В принципе, квантовые состояния в мозгу всё же возможны, но основная часть научного мира полагает, что они существуют там слишком короткое время, чтобы на этой основе можно было производить какие-то умственные операции.

Другой элемент критического восприятия теории Пенроуза родом из исследований мозга. Модель г-на Хамероффа утверждает, что микротрубочки обеспечивают нам квантовое сознание. Но дело в том, что микротрубочки пришли к животным не с Луны. И встречаются даже в растениях, которые, как острит Бернард Баарс (Bernard Baars), возглавляющий Общество наук по изучению мозга, «насколько нам известно, лишены сознания». Здесь, правда, стоит напомнить, что относительно недавно выяснилось, что и растения в прямом смысле слова живут за счёт квантовомеханических процессов.

И всё же как раз врачи встречают идею не совсем в штыки. «Если кто-то проведёт эксперимент — один единственный эксперимент, — говорит Бернард Баарс, — то я отброшу весь свой скептицизм». Физики, само собой, настроены резче, примерно как Резерфорд в 1933 году, оценивая перспективы получения энергии от деления атома. Помните?

Интересно, прояснится ли настолько же ситуация с квантовым сознанием за ближайшие 12 лет?

Подготовлено по материалам LiveScience. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Александр Березин
28 июня 2013 года
«Компьюлента»

Фундаментальная научная теория сознания

Каковы основные проблемы современной фундаментальной научной теории сознания? Когда были получены первые экспериментальные доказательства существования эпизодической памяти у животных? Нейробиолог Константин Владимирович Анохин рассказывает о научных принципах теории сознания, феномене «путешествия во времени» и эпизодической памяти у животных.

Фундаментальная научная теория сознания

Если мы хотим создать фундаментальную научную теорию сознания, то она должна исходить из некоторых допущений постулата. Первое – такая научая теория не должна вступать в противоречия с фундаментальными законами физики. Второе очень важное допущение – она должна рассматривать сознание как естественный научный феномен, возникший в ходе эволюции, то есть находиться в соответствии и не вступать в противоречие с основными законами биологии, прежде всего с теорией эволюции. Такая теория будет утверждать, что на Земле или где-то в других местах не только не существует сознания без нервной системы, но и до того, как возникла достаточно развитая нервная система в мире, в том числе и биологическом, – сознания не существовало. Оно возникло вместе с нервной системой и развивалось параллельно ее развитию. И если это так, то это приводит нас к одному из самых интересных и интригующих вопросов сегодняшних биологических исследований сознания: обладает ли сознанием только человек или это градуальный эволюционный феномен, появлявшийся постепенно у разных видов и таксонов животных на разных уровнях совершенства?

Mental time travel

Если да, то какие животные обладают тем, что мы могли бы назвать «сознание», и как оно проявляется? Притом что эти ребята не могут нам рассказать об этом, пользуясь человеческим языком. Этот вопрос совершенно неочевиден, и можно вспомнить, что великие философы и целые философские школы и традиции отрицали возможность субъективного опыта и сознания у животных. Например, Декарт проводил в этом месте чёткую границу между человеком и животными. И действительно до недавнего времени считалось, что в отличие от человека, даже если говорить о фундаментальных свойствах сознания, животные не имеют ни прошлого, ни будущего. Они в отличие от нас не могут путешествовать во времени. Для этого феномена нашей способности мысленно и за счёт сознания переноситься в наше прошлое, существовать в текущем восприятии (как мы разбирали для нейрофизиологических экспериментов) или фантазировать о будущем существует термин «mental time travel».

Долгое время считалось, что животные замкнуты и живут только в настоящем. Они способны воспринимать элементарным первичным сознанием только текущую ситуацию, кроме того, они способны обучаться и адекватным образом действовать согласно опыту предыдущего поведения. Но это поведение на основе предыдущего обучения вовсе не связано с состояниями сознания, а больше похоже на декартовские автоматы, которые вырабатывают те или иные условные рефлексы, реакции и нужным образом, без переживаний и воспоминаний о том, что происходило, действуют в соответствии с повторяющимися ситуациями. Эта ситуация стала меняться, как и оценка субъективного мира и опыта животных, в последние полтора десятилетия в значительной степени под влиянием экспериментальных исследований, эмпирических фактов, показавших на разных животных, что они, кажется («кажется» – потому что это предмет острых дискуссий среди специалистов), способны путешествовать во времени – перемещаться как в прошлое, так и будущее. Например, способны иметь то, что для человека долгое время считалось одним из основных признаков существования сознания, так называемую эпизодическую или автоноэтическую память. Когда мы обращаемся к памяти о прошедших событиях, которой мы (люди) обладаем, мы вспоминаем об этих уникальных событиях только благодаря нашему сознанию. То есть сознание является тем, что извлекает такие следы памяти. Соответственно, если у нас нет сознания, то мы теряем и доступ к своему прошлому. У животных считалось, что такой произвольной ситуации запоминания ими своего прошлого с осознанностью вернуться туда – не существует.

Эксперименты

Однако в конце 90-х годов ряд опытов вначале, как ни странно, поставленных на птицах, показал, что животные способны отвечать критериям такой эпизодической памяти, сформированным операционно. Один из таких критериев называется критерием «www», как «worldwideweb», только в данном случае – это критерий, как в нашей передаче «Что? Где? Когда?» Считается, что у нас есть эпизодические воспоминания, и мы способны мысленно перенестись к ним, если на основе этой памяти можем ответить на вопрос: что происходило? То есть у нас есть некая сцена, которая является для нас целостной, мы можем поместить её в пространственно-временном континууме в пространство «где» и сказать, когда это уникально происходило. Если мы способны ответить на вопросы: что? где? когда?, то воспоминания об этом эпизоде классифицируются как наша субъективная эпизодическая память. Так же как и в нейрофизиологических исследованиях о механизмах сознания в мозге, для экспериментаторов очень важно сделать контрастные ситуации, чтобы поставить контроль и задать правильный вопрос, противопоставив его ситуации, где это не происходит.

У животных задать вопросы: что? где? когда? – достаточно сложная вещь и требует большой изощренности от экспериментаторов. Первые из таких экспериментов поставили кембриджские этологи и психологи – Тони Дикинсон и Ники Клейтон. Они работали с сойками (это излюбленный объект Ники Клейтона). Сойки способны, если их накормить, прятать оставшуюся свободную еду, засовывая её в разные заначки, для того чтобы вернуться к ней позже. Уже наевшуюся сойку выпускали в вольер и предоставляли ей пищу двух типов, которую она могла прятать. Первый (что сойки очень любят) – это мучные черви, а второй (они тоже любят, но предпочитают меньше) – это орехи. Ей предоставлялись специальные пеналы, куда можно было засунуть много кусочков лишней пищи, чтобы потом вернуться. Трюк заключался в том, что когда сойка прятала эту пищу, её потом спрашивали через разное время либо через короткое, либо через длинное – где она её спрятала. Через короткое время мучные черви остаются еще целыми, и сойка имеет тенденцию возвращаться к ним, через длинное время – они уже портятся и протухают, и она ищет только спрятанные орехи. Сойка была способна, как показали эти эксперименты, помнить не только, где она спрятала, но и способна вспомнить – что спрятала (червей или орехи). И в зависимости от того, когда это происходило: неделю назад или день назад, – она либо искала червей, либо понимала, что к этим червям возвращаться бесполезно, и обращалась только к тем тайникам, где она спрятала орехи.

Существуют и другие трюки, которые делаются на примере млекопитающих. Один из экспериментов, который мы сейчас ставим в лаборатории, основан на том, что мышь помещают в новую обстановку, где она впервые встречается с новой и симпатичной для неё самкой. Но в другой раз и в другом месте этой обстановки она может столкнуться не с самкой, а самцом, который жил с ней долгое время в клетке и гонял её по всей клетке, потому что он был доминантом, а она была изгоем. И эти встречи чередуются с разной периодичностью. Оказывается, что и мыши в такой задаче, которая связана с их этологией, с их симпатиями и предпочтениями, даже когда их помещают в эту новую обстановку, где нет следов ни самки, ни самца, способны распознавать, что в этом месте и в это время была самка, и начинать искать и обследовать это место, ожидая что она где-то рядом, а в этом месте находился гадкий самец, и поэтому быть очень осторожной в то время, когда можно ожидать именно этого самца именно в этом месте. Это задает вопросы животному: что? где? когда? И мы видим, что в таких моделях сейчас стали появляться работы, показывающие, что даже животные, имеющие совершенно другой мозг, не похожий ни на мозг млекопитающего (мыши), отчасти похожего на наш (там есть кора головного мозга), ни на мозг птиц, которым ещё сложнее и нет понятной нам структуры коры головного мозга (эволюция птиц от рептилий шла другими путями, и их мозг устроен иначе, без типичной таламо-кортикальной системы), обладают эпизодической памятью.

Если совсем сделать сложно, оказалось, что такими путешествиями во времени, то есть эпизодической памятью, способностью возвращаться к неким субъективным эпизодам и вести себя соответственно этим воспоминаниям, обладают и разные беспозвоночные животные, в частности каракатицы и осьминоги, которые имеют совершенно другое строение нервной системы. И это возвращает нас к фундаментальным вопросам того, какой должна быть наша теория сознания, наше понимание сознания. Если оно сформулировано в терминах структур и процессов в мозге у человека и выглядит как описание зон коры, таламических ядер, взаимодействие передних и задних областей коры, то как быть с мозгом осьминога или птицы, где нет этих структур? Или как определить обладает ли сознанием инопланетянин? Даже если залезть в его голову, мы не найдем типичных эволюционных структур, сложившихся в ходе развития человека.

Это вновь ставит вопрос о принципиальной фундаментальной теории сознания, которая должна будет объяснить, что такое сознание у человека, и что такое сознание у животных, имеющих совершенно другой путь развития нервной системы, и, тем не менее, делающих очень похожие вещи (по крайней мере, в очень простых формах сознания, которые объединяют нас)? Или как должно выглядеть сознание у искусственного объекта, у робота, и по каким признакам мы определим, что он обладает сознанием, если он состоит из искусственных небиологических элементов? Как мы можем определить сознание у младенца, которые не обладает языком? Всё это требует вновь возвращения к фундаментальной теории сознания.

Константин Владимирович Анохин, доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела нейронаук НИЦ «Курчатовский институт», член-корреспондент РАН, член-корреспондент РАМН.

Транскрибацию подготовила Анна Круговая

Источники:

http://studopedia.ru/10_263130_teorii-soznaniya.html
http://scisne.net/a-997
http://psychosearch.ru/teoriya/psikhika/200-fundamentalnaya-nauchnaya-teoriyu-soznaniya-u-zhivotnykh-i-cheloveka