Мы продложаем читать более-менее свежие исследования (Lopez et al., 2025) о работе дофамина. Я всё чаще вижу, что средний гражданин отходит от идеи о том, что дофамин связан с удовольствием (подробнее о том, почему дофамин не связан напрямую с удовольствием, написал тут). И всё чаще сталкиваюсь с материалами от не-специалистов, которые среди функций дофамина перечисляют обучение, мотивацию и движение.
Однако львиная доля рассуждений всё ещё крутится вокруг идеи о том, что дофамин линейно влияет на поведение. Эта идея может выражаться в диаметрально противоположных формулировках:
либо дофамина слишком мало, поэтому вы ничего не можете добиться и ничего не можете обучиться;
либо дофамина слишком много, поэтому вам нужон дофаминовый детокс.
Об оптимуме дофамина на Пикабу написано здесь. Также есть пересказ самого исследования.
Сегодня осветим вопрос того, какие функции выполняет дофамин в разных частях прилежащего ядра при активном обучении избеганию.
Для справки
Прилежащее ядро — это структура мозга, процессы которой объединяют мотивационные, аффективные и обучающие сигналы, особенно в контексте подкрепления и инструментального поведения. В прилежащее ядро сигналы поступают по:
дофаминергическим проекциям из вентральной области покрышки;
глутаматергическим путям из префронтальной коры, гиппокампа и миндалины.
Анатомически и функционально прилежащее ядро мы можем разделить на непосредственно ядро (core) и оболочку (shell). Первая связана с обучающими сигналами (ошибкой предсказания), а вторая в большей степени с реакцией (на новизну, с аффективной оценкой стимулов)
И есть вентромедиальная часть оболочки, которая выделяется в качестве функционального подрегиона, особенно чувствительного к аверсивным стимулам и некотролируемым событиям.
Наиболее важным аспектом подобного деления прилежащего ядра для нашего разговора является то, что один и тот же стимул может вызывать рост дофамина в оболочке и снижение в ядре.
Что такое активное обучение избеганию
Это форма инструментального обучения, при которой субъект получает предсказуемый аверсивный стимул (например, удар током) и может осуществить действие, которое поможет избежать стимула, а отсутствие такого действия приведёт к негативному исходу.
Важно здесь отметить, что речь идёт именно о необходимости совершить действие, а не просто подавить реакцию. В такой ситуации субъект чётко понимает, что между действием и безопасным исходом есть прямая связь.
Это очень важно: активное избегание формирует инструментальное поведение, а не просто страх. Контролируемость здесь — ключевой фактор. Если стимул становится неконтролируемым, то обучение разрушается, а в черепушке начинают работать иные мотивационные структуры.
Что обнаружили
Ранее было не вполне ясно, как именно дофамин реагирует на аверсивные стимулы. Реакции у испытуемых различались.
В данном исследовании был предупреждающий сигнал, возможность избежать удар током (совершив действие: перейти в другую камеру). После первого дня обучения обнаружили, что латентность (то есть время между началом предупреждающего сигнала и совершением действия) не менялась.
Это означает, что на этом этапе поведение уже не оптимизируется, а реализуется как устойчивое правило. Обучение прекращается.
На этом фоне исследователи анализировали дофаминовые сигналы в разных подрегионах прилежащего ядра.
Оказалось, что реакции различают принципиально.
В ядре прилежащего ядра на предупреждающий сигнал уровень дофамина снижался, причём по мере обучения это снижение становилось более выраженным. Важно, что данный сигнал был слабым на ранних этапах и усиливался именно тогда, когда правило избегания уже было хорошо освоено. Он не предсказывал успех отдельных попыток, а отражал степень консолидации инструментального правила в целом.
А в вентромедиальной части оболочки картина была иная. Здесь на ранних этапах обучения наблюдались положительные дофаминовые ответы как на сам аверсивный стимул, так и на предупреждающий сигнал. Однако по мере того, как поведние стабилизировалось, эти реакции постепенно угасали. Иначе говоря, вентральная оболочка активно реагировала, пока стимулы оставались новыми и поведенчески неопределёнными, но теряла вклад после формирования устойчивость стратегии.
Если обобщить, то один и тот же предупреждающий сигнал вызывал противоположные по знаку и функции дофаминовые ответы:
в оболочке — временный сигнал значимости и необходимости обновления модели ситуации;
в ядре — устойчивый обучающий сигнал, связанный с консолидацией правила и предсказуемым безопасным исходом при правильном действии.
Допольнительный контроль с некотролируемыми аверсивными стимулами показал, что при невозможности избежать удара током дофаминовые сигналы в ядре теряются, а реакции в оболочке снова усиливают.
То есть дофаминовый ответ зависит от подрегиона и стадии обучения.
Поэтому практики дофаминового детокса — в основной своей сути исходящие из ложной посылки о том, что нужно исключить из рациона и образа жизни вызывающие выброс дофамина вещи (как вредная пища или коротки видео) — это невероятное упрощение.
Вот что говорит Габриэла Лопец — одна из авторов исследования:
Мы считаем дофамин молекулой, участвующей в обучении и важной для нормального поведения в повседневной жизни. Поэтому полное исключение его из рациона может принести больше вреда, чем пользы.
В прошлый раз я опубликовал подобную статью раскрывавшую эту тему поверхностно и с метафорическим окрасом, что незамедлительно привело к бурной реакции некоторых индивидов, которые начали утверждать что я как автор этой статьи- являюсь мягко говоря "поехавшим" и сплетаю квантовую физику с "бредом". Выходит что это ответка.
Ссылка на источники в конце статьи
Вопрос о природе сознания является одним из самых фундаментальных в современной науке. Хотя традиционные подходы в нейробиологии и когнитивной психологии стремятся объяснить сознание как эмерджентное свойство сложных нейронных сетей, появляются альтернативные гипотезы, предполагающие его глубокую связь с фундаментальными законами квантовой физики. Данное исследование представляет собой всесторонний анализ теории, согласно которой сознание возникает не просто как результат сложности биологической сети, а как прямое следствие квантовых явлений, происходящих в микротрубочках нейронов. Особое внимание уделяется спорному вопросу быстрой декогеренции в теплой и шумной среде мозга и тому, как кратковременные квантовые импульсы могут оказывать глобальное влияние на наши мысли и решения. Анализ показывает, что эта область знаний переживает период активного развития, где старые парадигмы ставятся под сомнение новыми данными из квантовой биологии и нейронаук, открывая путь к более глубокому пониманию природы «Я».
Теория Orch OR:Квантовые процессы в микротрубочках как возможный носитель сознания
Концепция о том, что сознание может быть связано с квантовыми явлениями в мозге, получила широкое распространение благодаря работе Роджера Пенроуза и Стюарта Хамероффа, представленной в виде теории оркестрованной объективной редукции (Orchestrated Objective Reduction, Orch-OR) [[2,4]]. Эта теория, разработанная в 1990-х годах и опубликованная в 1996 году, предлагает радикальный взгляд на происхождение сознания, выходящий за рамки чисто классических моделей [[2,27]]. Согласно Orch-OR, ключевым игроком в создании сознания являются микротрубочки — белковые структуры, составляющие цитоскелет клеток, включая нейроны [[1,3,14,33]]. Эти полые цилиндрические полимеры, состоящие из белка тубулина, играют важнейшую роль в поддержании формы клетки, внутриклеточном транспорте и делении [[32,36]].
В рамках теории Orch-OR микротрубочки рассматриваются не просто как пассивный скелет, а как активные элементы для хранения и обработки информации [[33]]. Авторы предполагают, что отдельные молекулы тубулина могут функционировать как "биологические кубиты" — базовые единицы информации в квантовом компьютере [[14,21]]. Это возможно благодаря наличию в тубулине конъюгированных π-электронов, которые, по мнению сторонников теории, способны находиться в состоянии квантовой суперпозиции, то есть одновременно представлять несколько состояний (например, разные электронные конфигурации или пространственные ориентации) [[33]]. Такая когерентность позволяет микротрубочкам выполнять параллельные вычисления на субнейронном уровне, оперируя огромным количеством вариантов одновременно [[33]].
Центральным механизмом Orch-OR является процесс, который авторы называют "оркестрованной объективной редукцией" (Orch OR) [[3,14]]. Этот процесс состоит из двух частей. Во-первых, это самоколлапс волновой функции, известный как объективная редукция (Objective Reduction, OR), который, согласно гипотезе Пенроуза, является фундаментальным гравитационным процессом, а не просто результатом наблюдения, как в стандартной копенгагенской интерпретации квантовой механики [[33]]. Коллапс происходит, когда локализованное квантовое состояние (в данном случае, состояние суперпозиции в микротрубочке) достигает определенного энергетического порога, связанным со временем жизни системы и силой гравитационного поля [[18,30]]. Во-вторых, этот процесс "оркеструется" (orchestrates) синаптической активностью и другими нейробиологическими процессами [[14]]. Это означает, что нейронные сигналы и входные данные из окружающих нейронов формируют "партитуру", которая направляет и организует коллапс квантовых состояний в микротрубочках. Именно такой акт коллапса каждого кубита в ансамбле микротрубочек в одном нейроне и интерпретируется как отдельный "акт сознания" — мельчайшая единица субъективного опыта [[21,33]].
Сторонники теории утверждают, что такие каскады актов сознания, происходящие в миллионах нейронов, формируют непрерывный поток нашего восприятия [[33]]. Они также предлагают модель, согласно которой время сохранения когерентности может достигать сотен миллисекунд, что достаточно для формирования осмысленных моментов сознания [[18]]. Кроме того, они связывают когерентные высокочастотные колебания (Гц-диапазон) с гамма-ритмами мозга (~50 Гц), которые ассоциируются с осознанностью и интеграцией информации [[14]]. Таким образом, Orch-OR представляет собой попытку создать единую теорию, связывающую квантовые процессы, происходящие в специфических биологических структурах, с высокоуровневым психологическим феноменом — сознанием. Эта теория также допускает возможность существования протосознания повсеместно, так как коллапс квантовых состояний является фундаментальным процессом, а человеческий мозг лишь "оркеструет" этот процесс, создавая сложный и осмысленный опыт [[33]].
Проблема декогеренции: Возможные механизмы защиты
Одним из наиболее серьезных и часто упоминаемых аргументов против любой квантовой теории сознания является проблема декогеренции. Декогеренция — это фундаментальный процесс квантовой механики, в ходе которого когерентное квантовое состояние, такое как суперпозиция, теряет свои свойства и "распадается" на классические состояния из-за взаимодействия с окружающей средой [[5,12,29]]. Для сохранения квантовых эффектов, например, в квантовых компьютерах, требуется создание экстремальных условий: сверхнизкие температуры (близкие к абсолютному нулю) и высокий вакуум, чтобы минимизировать взаимодействие с частицами окружающего мира [[5]]. Человеческий мозг, напротив, представляет собой среду, характеризующуюся высокой температурой (около 37°C), высокой влажностью и постоянным "шумом" в виде химических реакций и теплового движения молекул [[1,21]].
Именно этот контраст породил основную критику. Физик Макс Тегмарк из MIT в своей работе рассчитал, что в условиях тёплой, влажной и шумной среды мозга квантовые состояния в микротрубочках должны разрушаться за считанные фемтосекунды (10⁻¹⁵ секунд) [[3,19,21]]. Это время на порядки меньше времени, необходимого для проведения нейронных процессов, которые занимают миллисекунды, что делает невозможным любое значимое квантовое влияние на сознание [[3]]. Эта оценка стала своего рода "золотым стандартом" критики теории Orch-OR и других гипотез о квантовом сознании [[7]].
Тем не менее, сторонники квантовых моделей сознания не признают этот аргумент окончательным. Они указывают на несколько возможных механизмов защиты квантовых состояний от декогеренции в биологических системах, которые могли бы продлить их жизнь до макроскопического, нейробиологически значимого масштаба времени.
-
Возможные механизмы:
1. Структурная изоляция -- Микротрубочки могут быть экранированы от окружающей среды мембранами или гелеподобной цитоплазмой, что снижает вероятность взаимодействия с водой и ионами. [[3]]
2. Сверхбыстрая динамика -- Исследования Джека Тушинского показали, что квантовые реакции в микротрубочках могут длиться наносекунды, что на три порядка дольше, чем предсказывалось Тегмарком. [[1,34]]
3. Фрактальная структура -- Микротрубочки имеют сложную, фрактальную структуру, которая может создавать условия для эффективного сохранения когерентности. [[22,27]]
4. Когерентные колебания -- Предполагается, что микротрубочки поддерживают когерентные гигагерцовые колебания, которые могут защищать квантовые состояния. [[14]]
5. Миелин -- Миелиновые оболочки могут усиливать инфракрасные фотоны, генерируемые нейронами, что способствует образованию запутанных фотонов и передаче сигнала между нейронами. [[2,6,34]]
6. Антискрипты -- Анестетики, нарушающие работу микротрубочек, могут служить "антискриптами", блокирующими квантовые процессы, что подтверждает их наличие. [[3,16]]
-
Особый интерес представляет работа Джека Тушинского, который обнаружил, что квантовые реакции в микротрубочках могут продолжаться в течение нескольких наносекунд — в тысячи раз дольше, чем рассчитал Тегмарк [[34]]. Это нарушает прежнюю оценку и открывает возможность для квантовых событий влиять на нейронную динамику. Другие исследования также указывают на уникальные свойства миелина, который, по одной из гипотез, может создавать условия для квантовой запутанности между нейронами через генерацию запутанных фотонов [[2,6]]. Кроме того, эксперименты в Университете Центральной Флориды показали, что свет может проходить через микротрубочки без деградации, что также указывает на их устойчивость к внешнему воздействию [[1]]. Хотя эти механизмы пока остаются преимущественно теоретическими, они демонстрируют, что проблема декогеренции не является абсолютно непреодолимым препятствием для квантовых теорий сознания, а скорее вызовом, требующим дальнейших исследований.
От квантовых импульсов к глобальным мыслям: Механизмы амплификации
Если принять, что квантовые процессы в микротрубочках действительно существуют и способны оказывать влияние на нейронную активность, возникает следующий вопрос: как можно перейти от кратковременного и микроскопического события к глобальному и долговременному феномену, известному как сознательное решение? Как один квантовый флуктуация, длительность которой может составлять лишь доли миллисекунды, способна изменить ход наших мыслей и поведения? Научное сообщество предлагает несколько моделей, объясняющих этот переход, которые можно условно назвать механизмами амплификации.
Наиболее развитой из этих моделей является гипотеза амплификации хаотической динамики. Она предполагает, что мозг работает в режиме самоорганизованной критичности — состоянии на границе между полным порядком и беспорядочным хаосом [[23]]. В этом критическом состоянии даже очень малые флуктуации могут быть эффективно "усилены" до макроскопических уровней. Исследования показывают, что нейронные сети склонны к возникновению "нейронных лавин" — каскадов последовательной активации, подчиняющихся степенному закону распределения [[23]]. Это означает, что система чувствительна к малым возмущениям. Таким возмущением может стать квантовый туннелирование или другой квантовый эффект в одном из тысяч микротрубочек в нейроне. Эта флуктуация может вызвать небольшое отклонение в работе одного нейрона, которое затем распространится по сети, инициируя каскад активности, достаточный для того, чтобы нейрон достиг порога возбуждения и выпустил нейромедиатор [[23]]. В этой модели квантовый выбор не предопределяет исход полностью, но он становится решающим звеном в длинной цепи причинно-следственных событий, которая приводит к конкретному поведенческому ответу. Эта идея была развита в теории "свободного бита" Скотта Ааронсона, где квантовый шум усиливается до уровня, влияющего на поведенческий выбор [[23]].
Другой важный механизм — это синхронизация и рекуррентная обработка. Сознание часто ассоциируется с синхронизацией нейронной активности на различных частотах, особенно в гамма-диапазоне (30–100 Гц) [[17,34]]. Теория Эмерджентной Интеграции и Рекуррентного Отображения (ЭИРО) утверждает, что именно рекуррентные связи между нейронными сетями лежат в основе сознания [[10]]. Сознательная обработка информации — это не просто прохождение сигнала от первичных корковых отделов к ассоциативным, а многочисленные обратные проходы, позволяющие интегрировать информацию, создавать контекст и формировать целостный образ [[10]]. Если квантовый импульс в микротрубочке одного нейрона вызывает небольшое возбуждение, это возбуждение может быть гораздо более значимым, если оно происходит в тот момент, когда нейронная сеть находится в состоянии готовности к синхронизации. Квантовый импульс может действовать как "запуск" или "катализатор", который позволяет системе войти в состояние глобальной синхронизации и рекуррентной обработки, что и приводит к осознанию стимула или формированию решения [[10]].
Наконец, нельзя недооценивать роль нейропластичности и обучения. Авторская модель, описанная в одном из источников, рассматривает сознание как систему, где веса связей между различными "ветвями" (аналогичными когнитивным путям) обновляются на основе квантовых импульсов [[31]]. Импульс δ_i от определенной когнитивной ветви приводит к увеличению ее веса, если она совпадает по фазе с основным потоком сознания, что закрепляет данный паттерн мышления [[31]]. Этот процесс аналогичен принципу "fire together, wire together" (накаппаевский синаптический пластический закон). Таким образом, каждый квантовый акт, оказывающий влияние, может изменять структуру и функции нейронной сети, закрепляя определенные пути решения и делая их более вероятными в будущем. В этом смысле кратковременный квантовый эффект становится долгосрочным изменением в организации мозга, которое и определяет нашу личность и привычки.
Квантовая или эмерджентная природа?
Вопрос о том, являются ли квантовая природа сознания и его эмерджентное свойство взаимоисключающими, является центральным для понимания сложной природы этого феномена. Эмерджентность — это концепция, согласно которой из сложных взаимодействий множества простых компонентов возникают новые, качественно отличающиеся свойства, которых нет у самих компонентов [[8,9]]. Примерами служат термодинамика, возникающая из квантовой механики, или психология, являющаяся эмерджентным свойством нейробиологических процессов [[9]]. Сознание часто рассматривается как пример сильной эмерджентности — феномена, чье возникновение принципиально невозможно предсказать только на основе знания базовых физических законов [[8]].
Исходя из этого, можно было бы предположить, что гипотеза о квантовых основах сознания и эмерджентная теория являются конкурентами. Однако анализ предоставленных данных показывает, что они могут быть не просто совместимы, а глубоко взаимодополняющими. Можно предложить следующую модель, объединяющую обе концепции:
1. Квантовые законы как фундамент:Сознание начинается на самом фундаментальном уровне материи. Квантовые процессы, происходящие в микротрубочках, обеспечивают "первопричину" или "источник недетерминизма". Это место, где реальность не является жестко предопределенной классическими законами физики. Здесь возникают квантовые флуктуации, которые являются истинно случайными и непредсказуемыми [[23]]. В этой модели сознание не является просто побочным продуктом сложности, а имеет свою собственную, уникальную причинную мощь на уровне самой реальности [[11]].
2. Эмерджентность как организация:Квантовые флуктуации сами по себе не являются сознанием. Их необходимо "организовать" в осмысленный опыт. Этот процесс организации происходит на макроскопическом уровне нейронных сетей. Сложные рекуррентные связи, синаптическая пластичность, интеграция информации через таламо-кортикальные петли и синхронизация нейронных осцилляций работают как "оркестр", который управляет и направляет квантовые события [[10,17]]. Именно эта организация и составляет суть эмерджентного свойства сознания. Сознание — это не просто результат сложности, а сложность, организованная таким образом, чтобы порождать целостный, интегрированный и осмысленный опыт.
3. Симбиоз двух уровней:В этой объединенной модели квантовый уровень предоставляет сознанию свободу воли и творческий потенциал, позволяя ему выбирать из множества возможных будущих путей. Эмерджентный уровень обеспечивает этому выбору структуру, преемственность и контекст. Например, квантовый импульс может выбрать один из нескольких потенциальных путей решения проблемы. Затем эмерджентные процессы, такие как рекуррентная обработка, интегрируют этот выбор с предыдущим опытом, знаниями и целями, формируя окончательное сознательное решение. Таким образом, квантовые законы дают материал, а эмерджентная организация придает ему форму.
Таким образом, вместо того чтобы быть взаимоисключающими, квантовая теория и эмерджентная теория становятся двумя сторонами одной медали. Квантовая теория объясняет *источник* сознания — его непредсказуемость и творческую природу. Эмерджентная теория объясняет *структуру* сознания — его целостность, непрерывность и связь с личным опытом. Эта синергия позволяет объяснить, как сознание может быть одновременно фундаментальным свойством Вселенной (через квантовые законы) и сложным, адаптивным свойством человеческого мозга (через эмерджентные процессы).
Косвенные подтверждения и экспериментальные пути
Поскольку прямое наблюдение за квантовыми процессами внутри живых нейронов с помощью неинвазивных методов пока невозможно, научное сообщество ищет косвенные доказательства в пользу квантовых теорий сознания. Эти доказательства не подтверждают теорию в целом, но могут указывать на то, что биологические системы используют квантовые эффекты, и предоставляют направления для будущих исследований.
Одним из наиболее перспективных направлений является изучение действия анестетиков. Анестетики вызывают потерю сознания, и многие из них, по данным исследований, воздействуют на микротрубочки. Например, препараты, стабилизирующие микротрубочки (например, эпотилон B), замедляют наступление бессознательного состояния под действием анестетика изофлурана [[16]]. Контрольные крысы, получавшие стабилизаторы, дольше сохраняли сознание, чем контрольная группа [[1]]. Сторонники Orch-OR интерпретируют эти результаты как прямое доказательство того, что анестетики нарушают работу микротрубочек, в частности их квантовые оптические эффекты, что и приводит к потере сознания [[16]]. Хотя другие гипотезы также пытаются объяснить действие анестетиков через взаимодействие с микротрубочками, их специфическое предсказание о нарушении квантовых процессов делает эту область ключевой для проверки теории.
Другим важным источником данных является квантовая биология. Несмотря на то, что прямых доказательств квантовых эффектов в нейрональной активности все еще не существует [[6]], исследования в других областях биологии показали, что живые системы способны использовать квантовые явления в "шумных" условиях. Яркими примерами являются фотосинтез, где энергия света передается с почти 100% эффективностью благодаря квантовой когерентности, и навигация птиц, основанная на квантовой запутанности в глазах [[3]]. Эти открытия демонстрируют, что естественная эволюция нашла пути для использования квантовых свойств, что делает менее фантастической саму идею о квантовых процессах в мозге.
Исследователи также обращаются к уже существующим технологиям для поиска косвенных свидетельств. Например, были предложены гипотезы о том, что квантовые эффекты могут лежать в основе некоторых аспектов человеческого мышления. Китайские ученые показали, что логические ошибки в мышлении людей могут быть описаны формулами квантовой теории вероятностей [[13]]. Это не доказывает, что мозг — это квантовый компьютер, но указывает на сходство в стратегиях принятия решений, которые могут быть объяснены как в рамках классической, так и в рамках квантовой вероятностной модели. Кроме того, в рамках Расширенной концепции Эверетта (РКЭ) Менского предполагается, что сознание связано с разделением альтернативных ветвей мировой волновой функции, что, по его мнению, объясняет стрелу времени и свободу воли [[28]].
Будущие экспериментальные проверки теорий сознания будут зависеть от развития новых технологий. Проект QuBrain направлен на поиск квантовой когерентности в мозге [[3]]. Разрабатываются методы высокоразрешающей спектроскопии, которые позволят исследовать квантовые состояния в микротрубочках [[3]]. Также ведутся работы по поиску "мозговых кубитов" — биохимических кубитов, состоящих из ядер фосфора в мозге, которые могут хранить квантовую информацию [[24,32]]. Хотя эти проекты находятся на ранних стадиях, они представляют собой первый шаг к эмпирической проверке гипотез, которые долгое время оставались в области философских дебатов. Таким образом, хотя окончательные доказательства еще впереди, текущая научная работа уже предоставляет ряд косвенных, но убедительных указаний в пользу возможности квантовой природы сознания.
Перспективы:Будущее исследования природы сознания
Подводя итог, можно заключить, что гипотеза о квантовой природе сознания, воплощенная в теории Orch-OR, представляет собой смелую и многогранную попытку ответить на один из величайших вопросов науки. Несмотря на серьезные возражения, в первую очередь связанные с проблемой декогеренции в теплом и шумном мозге, эта теория активно развивается и получает подкрепление из новых областей знаний. Анализ показывает, что ключевая дилемма — "краткосрочный квантовый импульс vs. глобальное влияние на мысли" — может быть разрешена через комплексный подход, сочетающий несколько механизмов амплификации. Вместо того чтобы рассматривать квантовые и эмерджентные подходы как взаимоисключающие, они представляются как два взаимодополняющих уровня организации, где квантовые законы обеспечивают источник недетерминизма и творчества, а эмерджентные процессы в нейронных сетях создают из этого потока целостный и осмысленный опыт.
Перспективы данной области исследований кажутся многообещающими. Во-первых, продолжающиеся исследования в квантовой биологии, показывающие использование квантовых эффектов в таких сложных системах, как фотосинтетические комплексы, подрывают аргумент о невозможности квантовых явлений в биологии [[3]]. Во-вторых, разработка новых экспериментальных методов, таких как высокоразрешающая спектроскопия и проекты типа QuBrain, позволит в ближайшем будущем получить прямые или косвенные данные о квантовых процессах в мозге [[3,24]]. В-третьих, развитие теоретических моделей, таких как теория конструктора информации Дэвида Дойча и Чиары Марлетто, может предоставить новый математический аппарат для описания сознания как информационного явления, основанного на возможностях физических преобразований [[13]].
В заключение, хотя теория Orch-OR и остается спорной, она стимулирует глубокий пересмотр существующих представлений о сознании. Она предлагает перейти от упрощенной метафоры "мозг — это компьютер" к более сложной и точной аналогии "мозг — это квантовый компьютер", организованный в сложную эмерджентную сеть. Эта модель не только пытается решить проблему произвольности и субъективности сознания, но и предлагает конкретные, хоть и труднопроверяемые, пути для будущих исследований. Будущее изучения сознания, вероятно, будет определяться именно способностью объединить фундаментальные законы физики, сложные принципы организации биологических систем и богатый внутренний мир человеческого опыта в единую, непротиворечивую картину.
Около 20% энергии тела уходит на работу мозга, но он оптимизирует процессы, используя "режим автопилота" для рутинных задач, чтобы снизить энергозатраты.
Всем известное явление, давайте попробуем разобраться, в чем же суть. Эффект дежавю - это феномен, при котором человек ощущает, что текущая ситуация или событие ему уже знакомы, хотя он точно знает, что сталкивается с ними впервые. Это чувство чаще мимолётно, вызывает удивление, а зачастую и замешательство. Часто оно возникает в путешествиях, при кардинальной смене обстановки.
Дежавю изучается в нейронауке как феномен, связанный с работой памяти, в частности, с взаимодействием кратковременной и долговременной памяти. Встречается дежавю как в норме, так и при определенных заболеваниях, в целом исследователи дают цифру в 60-70%, примерно столько людей из популяции хоть раз испытывали это ощущение. Вероятнее всего ответы на вопросы кроются в гиппокампе, медиальной височной доле и префронтальной коре, точнее в их взаимодействии.
Есть несколько гипотез возникновения феномена:
1. Двойная обработка: Эта теория предполагает, что дежавю возникает из-за рассинхронизации между восприятием и обработкой информации. Например, если сенсорная информация обрабатывается мозгом чуть раньше, чем она осознаётся, это может создать иллюзию, что событие уже произошло.
2. Гипотеза нейронного шума: Дежавю может быть вызвано случайной активацией нейронов в зонах памяти, что создаёт ложное чувство знакомости. Это особенно вероятно при усталости, стрессе или недосыпе, когда нейронные сети работают менее стабильно.
3. Разделение восприятия и контекста: Иногда мозг может разделять восприятие текущего момента и его контекст. Гипотеза предполагает, что дежавю возникает, когда текущая ситуация частично совпадает с прошлым опытом, но мозг не может точно восстановить источник этого совпадения.
4. Эпилептическая активность: Дежавю часто наблюдается у пациентов с височной эпилепсией, где аномальная активность в височной доле вызывает чувство ложной знакомости.
Этот феномен чаще возникает у молодых, в состоянии стресса и при длительном напряжении, а также у творческих личностей. Дежавю может быть симптомом эпилепсии (особенно при очаге в височной доле), мигрени или других нарушений, хотя в здоровой популяции это обычно доброкачественный феномен. У людей с тревожными расстройствами дежавю может возникать чаще, вероятно из-за гиперактивации миндалины. Исследование феномена затруднено из-за сложностей в стандартизации (все же штука крайне субъективная) и вызываемости.
Существует противоположный феномен - жамевю (jamais vu), когда знакомое кажется совершенно новым. Например, слово, повторённое много раз, может начать казаться бессмысленным. Я никогда не испытывал дежавю, но вот эта хрень со словами происходит часто.
По крайней мере напрягаться из-за дежавю, если вы его испытали, точно не стоит. Очередные игры разума, который временами обыгрывает сам себя.
На первом этапе был проведен анализ результатов функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) обнаружения областей мозга, связанных с 8 умственными функциями; составлена табличная классификация нейронной активности в мозге функций по Международной классификации функционирования Всемирной организации здравоохранения (МКФ) - интеллект, сознание, эмоции, мышление, чувство веры, сотрудничество, принятие решений, решение проблем.
Моделирование методом послойного наплавления — аддитивная технология, используемая при создании трёхмерных моделей, fused deposition modeling (FDM). Лазерная стереолитография (SLA) — технология 3D‑печати, основанная на послойном отверждении жидкого материала под действием луча лазера. Cura — слайсер 3D-моделей с открытым исходным кодом для 3D-принтеров.
3D модель мозга с полыми полушариями.
Восстановленная, отредактированная и обработанная с помощью программ Blender и Meshmixer 3D-модель мозга была заламинирована в Cura, чтобы установить необходимые параметры для оптимального качества печати и убедиться, что внутренний объем достаточен для многослойной светодиодной структуры. Для получения печатной модели параметры печати были настроены с помощью программы ламинатора UltiMakerCura на принтере FDMEnder3. Модель мозга была напечатана по технологии FDM с использованием полиэтилентерефталатгликоль (PETG). Для визуализации светового потока от светодиодов различной цветности, связанных с каждой координатой, был использован полупрозрачный материал
Последовательная сборка многослойных массивов RGB-светодиодов в 3D модели мозга.
Для программирования светодиодных массивов был создан лист Excel с использованием конкатенированных формул для задания яркости, положения и значений переменных, необходимых в коде микроконтроллера. Основываясь на расположении каждой из зон активации нейронов, светодиоды были запрограммированы на активацию в соответствующей области трехмерного пространства мозга с различными длинами волн для идентификации, сравнения парадигм и анатомических структур мозга.
Программирование многослойной структуры с помощью микроконтроллеров для отображения локализации активности психических функций в трехмерном пространстве мозга осуществлялось в несколько этапов:
- составление таблицы с кодом программирования, назначением переменных и распределением выводов для каждого слоя, чтобы управлять шаблонами освещения многослойной структуры;
- интеграция микроконтроллеров в многослойную структуру для управления каждым светодиодным массивом в отдельности; для обеспечения синхронизации световых потоков от многослойной светодиодной структуры была разработана сеть связи между микроконтроллерами;
- калибровка и проверка системы для обеспечения точного соответствия между местоположением активности мозга и световым потоком от светодиодных массивов, поведение тестов для подтверждения точности при отображении активности мозга.
Модель позволяла визуализировать мозговую активность в трехмерном пространстве мозга и, хотя ее разрешение не сравнимо с разрешением томографического изображения, с её помощью удается показать представление среднего объема вокселей, связанных с областями активации. Физическая модель обеспечивает анатомическую точность и по оптическим характеристикам в ходе испытаний демонстрирует визуализацию умственных функций мозга.
Работа выполнена в Кубанском государственном университете на физико-техническом факультете: научное руководство и идея - д.м.н. Еремин А.Л., организация магистратуры выпускающей кафедры физики и информационных систем - д.ф.-м.н. Богатов Н.М., основной исполнитель - магистрант специальности "физика (медицинская физика)" Рейес-Монкада А. (Республика Колумбия)
Ещё в конце XIX века большинство ведущих учёных считали, что мозг — единое целое, сплошная сеть⁰, собирающаяся в этакий супер-нейрон. Как так вышло?
Присаживайтесь поудобнее, это лучший научный детектив XIX-XX века. А ещё узнаем:
в чём виноваты микроскопы?
как нобелиат уничтожил теорию, в которую верил до самой смерти?
почему враги получили одну нобелевку на двоих?
Материал подготовлен для тгк 🧠 Мемысли Князева. Подписывайтесь, если хотите, а если не хотите — не подписывайтесь.
Диктатура сети: с чего всё началось
В 1860-х немецкий анатом Отто Дейтерс совершил прорыв. Он первым «вырезал» нейрон из мозга и увидел его во всей красе: разветвлённые дендриты, длинный аксон. Несмотря на сплетни популяризаторов, он не был сторонником концепции единства мозга, а поддерживал идею нейрона как отдельной сущности¹.
Однако, это не помешало другому немцу прийти к противоположному выводу. Весной 1872 года анатом Йозеф фон Герлах, разрабатывает новый метод окрашивания нервной ткани, добавив к кармину золото. Не сказать, что слишком качественный — разрешение снимков было по-прежнему так себе².
Его наблюдения противоречили данным Дейтерса. Он увидел не отдельные нейроны, а сложную переплетённую сеть³, которой позавидует любой паук. Да что там, даже человек-паук.
В результате Герлах постулирует ретикулярную теорию строения мозга: клетки образуют единое целое переплетением отростков⁴. Его также называют ретикулумом. Реже, синтицием.
Чтобы лучше понять концепцию, представьте мегаполис. Улицы и переулки переплетаются, соединяя разные районы. Так и нейроны, по мнению Герлаха, соединены в сплошную сеть — но не города, а единого суперорганизма.
В общем-то, прекрасно понимаю его. Со стрёмными световыми микроскопами рассмотреть границы клеток нереально. По сравнению с нынешними они скорее древние лупы (без за, азаза). Плюс, нервная ткань быстро разрушается, аксоны и дендриты тесно переплетаются. Не говоря уже о том, что у каждого нейрона тысячи синапсов⁵.
Из-за широкой известности Герлаха публикация завирусилась. Ретикулярная теория превратилась в мейнстрим и доминировала около 20 лет. Но, как часто бывает в науке, революция пришла, откуда не ждали. Иронично, что первый удар по ретикуляризму нанесёт разработка самого яркого сторонника этой теории.
Всегда двое их — учитель и ученик
Герлах быстро сдаст позицию главного популяризатора ретикуляризма. Уже в феврале 1873-го итальянец Камилло Гольджи разрабатывает чёрную реакцию — революционный метод окрашивания нервной ткани. По слухам, он случайно задел мензурку и пролил нитрат серебра на срезы свиного мозга. СДВГШники, ю ноу зис филинг.
Вообще, чёрная реакция работала как бы оооочень плохо, если не сказать ужасно — окрашивались только 1-5% нейронов⁶. Парадоксально, но именно это и было нужно исследователю.
Теперь, Гольджи различал все тонкие «веточки и побеги» там, где Герлах видел «деревья, ветвящиеся друг на друга в сумеречном лесу», :
Я столкнулся с конкретным фактом; это было существование образования, которое я назвал диффузной нервной сетью.
— Камилло Гольджи⁷
Серебро «сменило» золото, Гольджи — Герлаха, став новой звездой. Он активно и местами агрессивно поддерживает ретикулярную теорию до самой смерти. Даже когда от неё откажутся остальные учёные. Вот это моногамия, вот это я понимаю!
Нейронная доктрина против всех
Вернёмся в первую половину XIX века. Не переживайте, мы ненадолго. С 1839 года в центре внимания биологов клеточная теория ещё одного немца, биолога Теодора Шванна. Основной постулат вы знаете: все ткани животных и растений состоят из клеток⁸. Казалось бы, учитывая работы Дейтерса и других учёных, о каком единстве мозга вообще может идти речь?
Ретикуляристы отвечают: «Вы не понимаете, ЭТО ДРУГОЕ!!!11!», и записывают мозг в исключения. Эта позиция вызывала вопросы, но далеко не у всех. Да и наблюдения Гольджи так убедительны… были до 1891 года 😁
Тогда ещё один немецкий анатом Генрих фон Вальдейер публикует обзор работ множества учёных, включая испанца Рамон-и-Кахаля⁹. Формируется альтернативная ретикулярной теория — нейронная доктрина. Она утверждает, что мозг состоит из отдельных клеток, а не сливается в единое целое.
Попробуйте ему не поверить с такой бородищей!
Содержательно вклад Вальдейера не слишком велик, не считая самого термина «нейрон»¹⁰. В первую очередь он помог именно авторитетом, своим и журнала, ведь испанские публикации никому тогда не сдались¹¹.
Война за независимость нейронов: восход Кахаля
С публикации Вальдейера начинается первая нейробиологическая война. Хорошо, что без солдат и пушек. Учёные спорят об устройстве мозга больше 10 лет: одни требуют показать те самые «промежутки» или границы между нейронами, а другие пытаются опровергнуть концепцию ретикулума.
Здесь мы должны получше познакомимся со вторым главным героем нашего детектива, испанским анатомом Сантьяго Рамон-и-Кахалем (да, это один человек).
Слева Кахаль, справа тоже Кахаль, но постарше. Видите, гипотеза работает — он тоже отрастил бороду побольше, чтобы стать авторитетнее.
В 1887-88 годах он усовершенствовал чёрную реакцию повторной обработкой, и показал, что окрашивание не затрагивает другие клетки мозга¹². То есть они точно не сливаются воедино.
Казалось бы, всё ясно, какая война после такого? Но нет, Гольджи непреклонен. На конференциях, в журналах, на лекциях и в переписке с другими учеными они с Кахалем ведут идеологическую войну. Пока зимой 1906 года её не прервёт шокирующая новость 😧
Два учёных, одна нобелевка
Кахаль и Гольджи делят нобелевскую премию¹³. Всё бы ничего, случай не редкий, но❗️не для прямых антогонистов. Cантьяго даже посчитал, что это шутка студентов, пока не увидел газеты:
Какая жестокая ирония судьбы – соединить в пару, как сиамских близнецов, сросшихся плечами, научных противников с такими противоположными характерами!
— Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Воспоминания о моей жизни¹⁴
Гольджи был в ярости: разве можно признать правоту нейронной доктрины? Подумайте сами. Разрабатываешь ты революционный метод окрашивания, становишься популярным и уважаемым. Потом какой-то испанец опровергает твои научные представления с помощью твоего же метода. Вишенка на торте — ты делишь с ним нобелевскую премию.
Гольджи (третий слева) с другими крутыми усатыми пацанами. Вот гипотеза и разрушилась, всё дело в усах!
Короче, у Камилло знатно подгорело. Всю нобелевскую лекцию Гольджи посвящает доказательствам ретикулярной теории и критике нейронной доктрины¹⁵. Кахаль куда нейтральнее и даже хочет мира, но самих ретикуляристов зовёт «фанатиками». В своей лекции он позволил себе лишь прощальную шпильку:
Было бы очень удобно, если бы нервные клетки действительно образовывали непрерывную сеть. К сожалению, природа, похоже, не знает о нашей интеллектуальной потребности в удобстве и единстве и очень часто находит удовольствие в усложнении и разнообразии.
— Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Нобелевская лекция¹⁶
Через 20 лет Гольджи умрёт, ещё через 8 умрёт и Кахаль. Они так и не увидят электронный микроскоп, который забьёт последний гвоздь в гроб ретикуляризма, продемонстрировав те самые промежутки — синапсы¹⁷.
Так мир принял нейронную теорию, а Кахаль стал отцом нейробиологии.
🧠 Мемысли Князева — там, где всё выходит чуть раньше. Источники в комментариях.
Восприятие и воспроизведение речи: классическая модель и ее минусы
Первым, кто внес значительный вклад в изучение речи, стал Поль Брока — выдающийся французский хирург и антрополог. В 1865 году он опубликовал работу об открытии центра речи, который впоследствии и назвали центром Брока. После смерти двух пациентов с речевыми нарушениями (афазиями) ученый изучил их мозги и обнаружил поражения в одних и тех же областях левого полушария. А точнее — в нижней задней части третьей лобной извилины (оба пациента — правши).
Брока сделал вывод, что обнаруженный центр отвечает за моторную организацию речи. Если в этой области есть поражения, то возникает нарушение, которое позже назвали афазией Брока — то есть трудности с воспроизводством речи.
Чуть позже еще одно важное открытие сделал немецкий психоневропатолог Карл Вернике. Изучив мозг умершего пациента, который ранее перенес инсульт и имел серьезные проблемы с речью, он обнаружил поражение, локализованное в левом полушарии, в задней теменной и височной области. Вернике сделал вывод о том, что эта область участвует в понимании речи. Еще позже он обнаружил, что при повреждении волокон, которые соединяют поля Вернике и Брока, также возникает афазия.
Вот эти два участка головного мозга, которые упоминаются выше Их ученые обнаружили морфологическим методом, то есть при вскрытии умерших пациентов.
Каноническая концепция Брока и Вернике со временем легла в основу более развернутых концепций. Одна из них — модель Вернике — Лихтгейма — Гешвинда. Она представлена схемой с тремя ключевыми точками:
моторный центр речи (зона Брока);
сенсорный центр речи (зона Вернике);
«центр понятий» («хранилище концептов»), который функционально надстроен над моторным и сенсорным центрами.
Схема Вернике – Лихтгейма – Гешвинда. Разрывы в линиях – это афазии, нарушения речи. Их подробно исследовал советский ученый А.Р. Лурия.
Согласно этой модели, слова (то есть сочетания звуков) во время восприятия и понимания устной речи через слух проходят через слуховую сенсорную систему к полю 41, к первичной слуховой коре. Затем информация передается в зону Вернике — и уже там происходит семантический анализ слова.
В процессе порождения речи слова из зоны Вернике переходят в зону Брока по дугообразному пучку, в результате чего происходит сборка морфем в нужном порядке. В зоне Брока создаются инструкции по порождению речи, а затем они отсылаются к моторной коре, которая отвечает за мышцы лица и передает информацию моторным нейронам. Они, в свою очередь, отдают моторные команды мышцам, участвующим в произнесении слов.
У сенсорных и моторных образов в этой модели нет смыслового наполнения, поэтому во время обработки сигнала дополнительно происходит обращение к «хранилищу концептов» или «центру понятий», то есть к смысловым единицам речи.
Схема выше также отражает точки, в которых возникают афазии. К ним приводят не только поражения конкретных зон, но и нарушения их связей. Всего таких афазий семь. Например, при поражении аркуатного пучка, который связывает зоны Брока и Вернике, человек понимает речь, но сам говорит с ошибками. При этом он осознает эти ошибки, однако не может их исправить самостоятельно.
Работы Брока, Вернике, Гешвинда и других ученых внесли огромный вклад в понимание того, как работает речь. Однако описанная модель сейчас считается устаревшей. Это связано минимум с тремя проблемами:
У пациентов с конкретной афазией часто встречаются разные симптомы.
Сама по себе модель не способна отразить всю сложность языковых процессов, которые протекают в головном мозге.
Классические симптомы афазии Брока могут присутствовать при афазии Вернике, а еще есть случаи, когда у пациента зафиксировано поражение одной из зон, при этом отсутствуют характерные для этого симптомы.
Более того, метаанализ 2016 года, посвященный определению границ центров Брока и Вернике, показал, что в установке границ этих зон выявлены серьезные разночтения.
Результаты метаанализа Паскаля Требле и Энтони Стивена Дика по границам центра Брока.
Большой вклад в изучение речи внес и советский ученый Александр Романович Лурия. Среди прочего он создал классификацию афазий, а также сформулировал принципы системно-динамической локализации высших психических функций, к которым относится и речь. Согласно этим принципам, в речевой деятельности задействованы разные зоны коры, каждая из которых вносит особый вклад в общий процесс.
Проблема №1
Во многих общедоступных источниках работа речи все еще объясняется классической, но устаревшей моделью Вернике — Лихтгейма — Гешвинда. Из-за этого представления об организации речи очень упрощаются.
Методы исследования речи: от истоков к современности
Есть несколько методов исследования речи. Классическая модель Вернике — Лихтгейма — Гешвинда построена на морфологическом методе. Это означает, что специалисты наблюдали за пациентами с афазиями и делали подробное описание клинической картины. После смерти таких пациентов ученые проводили вскрытие и соотносили полученные патологоанатомические данные с тем, что описали ранее. Это делали и Брока, и Вернике. А Лурия для своих работ исследовал данные протоколов операций.
Такой подход был очень полезен на первых этапах, но сегодня концепции, основанные на морфологическом методе, устарели. На смену морфологическому пришли электрофизиологические, электростимуляционные методы, а также наиболее актуальные и предпочтительные методы функциональной нейровизуализации.
К последним относятся фМРТ, диффузионно-тензорная МРТ, позитронно-эмиссионная томография и МЭГ. Все перечисленные исследования неинвазивные, то есть они работают без прямого доступа к мозгу. А еще они позволяют увидеть, какие структуры мозга функционируют в конкретный момент.
Пример изображения, полученного с помощью фМРТ (из учебника OpenStax Anatomy and Physiology). Подсвеченные области — это зоны повышенной активности.
Проблема №2
Наиболее современные и эффективные методы исследования речи используются сравнительно недавно. Они дают хорошие результаты, но все равно ограничены в возможностях. А еще для их реализации нужно очень сложное и дорогое оборудование, поэтому такие методы доступны не всем ученым.
Новые данные о нейрофизиологии речи
Актуальные модели организации речи опираются на то, что это очень сложная система, которую пока нельзя описать одним, наиболее точным способом. К речевым зонам относят:
41-е первичное поле слухового анализатора;
вторичные отделы височной коры (42-е и 22-е поля);
некоторые отделы теменно-конвекситальной поверхности левого полушария;
лобные доли мозга — при их поражении человек плохо понимает сложные формы речи, подтекст высказываний.
Даже те зоны коры, которые не относятся к речевым, все равно влияют на восприятие и производство речи, хоть и опосредованно. С речевой деятельностью связаны и глубокие структуры мозга, среди которых базальные ганглии, проводящие пути, мозжечок. Но и это далеко не все. Например, на эмоциональный компонент речи влияет и лимбическая система.
Если рассматривать речевые зоны по отдельности, то у них будут свои функции. Но одновременно с этим все зоны объединяются пучками длинных и коротких волокон, благодаря чему становятся единым слаженным механизмом.
Сеть обработки речевой информации (Г. Хикок, Д. Поппель).
Проблема №3
Современная наука говорит о том, что в речевой деятельности задействовано множество участков мозга. Это внушительная система со сложными взаимосвязями. А это означает, что рассказать, как человек воспринимает или воспроизводит устную речь, используя простые схемы «от А до Я», не получится. Более того, чем сложнее система — тем выше вероятность ошибок.
Как работает мозг при восприятии речи на слух
Когда человек слышит речь, то акустическая информация попадает в кортиев орган улитки (в ухе), а затем перемещается в первичную слуховую кору. Параллельно происходит передача в зону Вернике — для того, чтобы выделить смысл. Сама зона расположена рядом с третичными полями, в которых происходят операции абстрагирования, понимание сложных оборотов речи.
Для понимания смысла в контексте задействуются значительные участки височной коры, одновременно с чем привлекается и слухоречевая память. Это нужно для того, чтобы человек правильно понял фразу, исходя из контекста, данные о котором как раз хранятся в памяти.
Проблема №4
То, как человек понимает или воспроизводит речь, тесно связано с его памятью. А у нее есть немало своих особенностей, в том числе индивидуальных. Кроме того, данные, которые хранятся в памяти, могут искажаться под влиянием разных факторов. Из-за этого в одной и той же ситуации люди могут по-разному воспринимать контекст и реагировать на обращенную к ним речь.
Как работает мозг при произнесении слова
Для произнесения слова нужно, чтобы его образ поступил из зоны Вернике и надкраевой извилины в зону Брока (через дугообразный пучок). В результате этого возникает специальная программа артикуляции, за реализацию которой отвечает нижняя часть моторной коры. Последняя, в свою очередь, управляет мускулатурой лица. А чтобы высказывание было эмоционально окрашенным, нужно, чтобы кора левого полушария была связана с ресурсами правого полушария. Такая же связь требуется и тогда, когда нужно различать интонацию речи, воспринимаемой на слух.
Когда нужно сформулировать законченное сложное высказывание, также подключаются лобные доли (особенно префронтальная часть). Они тормозят импульсивные реакции и помогают преобразовать речь в поведение, которое отвечает конкретному плану или замыслу.
Модель «двойного потока»
Так как современные технические возможности уже позволяют отслеживать пути, по которым в мозге происходит обслуживание речевой деятельности, меняются и концепции организации речи. Одна из относительно новых моделей — это модель «двойного потока».
Она предполагает, что восприятие звуков речи происходит через два потока информации. Вентральный охватывает средние и верхние отделы теменной доли мозга. Он отвечает за распознавание и смысловую обработку звуков.
Дорсальный поток охватывает задние отделы лобной и височной доли, а также часть островка. Он устанавливает взаимосвязи между воспринимаемыми звуками и артикуляционной системой.
Если вернуться к классической модели, то пучок, соединяющий зоны Вернике и Брока, — это одна из частей дорсального потока.
Таким образом работает мозг согласно модели двойного потока.
Есть и более сложные схемы, которые отражают структурные составляющие двойного потока. Но важно понимать, что при всех современных возможностях организация речи все еще остается явлением, которое вызывает немало вопросов. Наука до сих пор не знает, какова точная последовательность при обработке информации. Например, нельзя сказать, что обрабатывается в первую очередь: звуки или передаваемый смысл. Пока можно говорить лишь о том, что каждый уровень обрабатывается параллельно, при этом все полученные данные тесно взаимодействуют между собой.
Проблема №5
Современные модели организации речи дают более полное, но не исчерпывающее представление о том, как работает речь. Однако для обычного человека, не специалиста, они только усложняют понимание речевых процессов.
Смыслы, которые хранятся в памяти
Для обработки и понимания услышанного слова, а также для подготовки сообщения мозг должен обратиться к памяти, где хранятся различные смыслы. Это не отдельное место, границы которого можно очертить, а тоже целая система, детали о которой наука пока не знает.
Для обозначения этой «кладовой со смыслами» используется определение «ментальный лексикон». Он представляет собой совокупность всей информации о словах. Речь идет о значении (семантике) слова, ролях в предложении (синтаксисе) и о вариациях одного и того же слова, когда его произносят либо пишут. То есть где-то в мозге хранится информация о том, что «котики» — это те же «коты», но в более милой форме.
Ментальный лексикон нельзя сравнить со справочником или словарем — это было бы серьезным упрощением. У него есть важные особенности:
Наименьшие единицы такого лексикона — не слова, а морфемы (суффиксы, приставки и т. д.). При этом организация ментального лексикона многоуровневая, поэтому на более высоких уровнях минимальной единицей все же остается слово.
Организация смыслов в ментальном лексиконе представлена сложной сетью со множеством взаимосвязей. Слова, которые чаще используются друг с другом, в этой сети будут находиться «рядом». То есть связи между ними будут гораздо крепче. Можно предположить, что связи между словами «кот» и «лежать» будут значительно сильнее, чем между словами «кот» и «работать».
Слова в ментальном лексиконе организуются не только по значению, но и по звуковому составу. Это позволяет мозгу быстро отличать схожие по звучанию слова — например, «вещи» и «вещий».
Есть также мнение, что ментальный лексикон не один. Предполагается, что их может быть два. Один задействован в восприятии речи, а другой — в ее воспроизведении.
Проблема №6
В том, как организуются связи в ментальном лексиконе, есть свои закономерности. Но в то же время в этом процессе много индивидуального. А это означает, что у разных людей часто возникают разные ассоциации по одному и тому же поводу. Это приводит к серьезным сложностям в общении. Люди часто удивляются, почему они говорят понятные вещи, а их не понимают. Одна из причин — индивидуальные особенности ментального лексикона.
Одна из важных идей для понимания того, как работает речь, — это концепция лексического доступа. Она теоретически описывает тот этап обработки слов, который нельзя локализовать. Но можно предположить, что при взаимодействии с ментальным лексиконом происходит решение трех последовательных задач:
Лексический доступ. Это процесс, при котором услышанное слово сопоставляется с тем, что хранится в памяти. При этом учитывается как значение, так и форма этого слова. На этом этапе в памяти активизируется все, что подходит по смыслу. Например, при упоминании слова «попугай» активизируются и готовы к последующему использованию все образы, связанные с попугаями, яркими цветами, птицами и т. д.
Лексический отбор. На этапе лексического отбора отсекается все ненужное и остается только то, что подходит к контексту. Предположим, ребенок упомянул попугая, а мозг родителя с учетом контекста понимает, что речь идет не про птицу, а про игрушку, которую они вместе купили на прошлой неделе.
Лексическая интеграция. Это процесс, во время которого все отдельные образы (по каждому услышанному слову) с учетом контекста складываются в словосочетания, предложения и даже большие тексты. То есть все, что было до этого отдельными единицами, объединяется в понятную систему.
Процесс восприятия речи в виде простой схемы.
Также есть концепция формирования высказывания, которая описывает, как воспроизводится речь. Она похожа на предыдущую, но работает в обратную сторону. Внутри концепции рассматривается такой вопрос, как планирование — в данном случае макропланирование и микропланирование.
Макропланирование — это подготовка сообщения с учетом результата, на который рассчитывает говорящий. Например, он хочет дать инструкцию, что-то спросить, поддержать разговор и т. д.
Микропланирование — это поиск конкретных решений под обозначенную задачу. На этом этапе в голове всплывают все подходящие слова и все, что с ними связано. Также происходит работа по формулированию предложения и той формы, в которой оно будет произнесено. Чтобы это сделать, мозг определяется с частями речи, извлекает из памяти леммы (начальные формы слов), а затем ставит их в нужную форму с учетом структуры предложения.
Чтобы назвать отобранные слова, проводится фонологический анализ. Они разбираются на слоги с выделением ударного, а затем происходит артикуляция — непосредственно произнесение.
А вот так происходит порождение речи.
Проблема №7
Сейчас есть очень мало нейробиологических данных, которые позволяют описать работу ментального лексикона. В основном речь идет о теоретических концепциях. Точно мы знаем только одно: и обработка, и воспроизводство речи — это сложнейшие процессы с большим количеством «слепых пятен».
Как и где можно применить эти знания
Даже те ограниченные знания о речи, которые сегодня есть у науки, уже можно использовать себе на пользу. Например, легче находить общий язык с людьми или проще общаться в команде. Какие выводы и рекомендации в этом помогут:
Учитывайте, что у каждого человека свой, уникальный ментальный лексикон и такой же уникальный опыт. А это означает, что близкие, коллеги и все остальные не должны понимать вас по умолчанию. Старайтесь доносить важную информацию как можно проще — без лишних метафор, подтекстов и сложных смыслов. Если нужно, уточните, повторите несколько раз разными словами, переспросите.
Помните, что на восприятие речи сильно влияет контекст. Постарайтесь максимально «очистить» пространство для общения от всего лишнего. Если речь о командной работе, то создайте инструкции и регламенты для всех стандартных задач, а затем разместите их в одном месте. Это сведет устные обсуждения процессов к минимуму, благодаря чему уменьшится и количество ошибок. Если речь о личной жизни, то все важные и серьезные вопросы старайтесь обсуждать наедине, а не в шумных местах. Делайте это, когда все участники находятся в спокойном состоянии, потому что эмоции — это тоже контекст, который влияет на восприятие речи.
Создавайте условия для качественной обратной связи. Живой диалог, в котором близкие и коллеги могут дать друг другу конструктивную обратную связь, — это ценный источник информации. На работе резюмировать полученную информацию лучше письменно.
Там, где нужно исключить ситуации вроде «не услышал», «не понял», «понял, но не так», используйте технические решения. Календари, таск-менеджеры, канбан-доски и подобные инструменты помогут структурировать устные договоренности, придать им более универсальную и понятную для всех форму.
Используйте уникальность ментального лексикона для мозговых штурмов, поиска новых идей. Так как у людей сформированы свои, индивидуальные связи между словами и смыслами, у каждого участника будет своя цепочка ассоциаций. Чем больше людей участвует в правильно организованном мозговом штурме — тем больше интересных идей можно найти.
Может кто еще помнит сериал «Грань», в котором Дэнетор накачивался ЛСД, держал в лаборатории коров и путешествовал между параллельными вселенными. Так уж сложилось, что реальность предлагает теории, куда более смелые. Новое открытие описывает состояние мозга, как «застывшее в точке перехода». Но между какими стадиями находится эта точка?
Несмотря на то, что фазовое состояние описывает переход воды из жидкости в пар или изо льда в жидкость, речь не идет про крионику. Условно «нормальное состояние мозга» человека, крысы и мухи – это на самом деле шаткая точка равновесия. И мы совершенно не представляем, в какую из стадий может «свалиться» мозг.
Что там такого узнали про состояние мозга?
Вот это исследование показывает, что мозг словно замер в состоянии идеального равновесия. Самая ближайшая аналогия, это состояние воды, за миг до того, как она станет льдом. Вот только проблема ученых в том, что они не знают между какими именно состояниями «завис» мозг человека.
Классическое состояние мозга
Учитывая, что наш мозг работает десятилетиями, кажется,что его структура достаточно прочна и стабильна. Однако, ученые Северо-Западного университета сосредоточили внимание на некоторых частях нейронов. Состояние этих частей точно такое же, как у вещества, переживающего фазовый сдвиг – переход из одного состояния, например жидкого, в другое, например в газ.
Структура мозга на клеточном уровне, по-видимому, находится в стадии фазового перехода. Это похоже на то, что происходит со льдом, когда он тает. Это все те же молекулы воды, но они переходят из твердого состояния в жидкость. Мы, конечно, не говорим, что мозг находится на грани того, чтоб растаять. Проблема в том, что у нас нет способа узнать, между какими фазами может возникнуть переход. Потому что, по обе стороны от критической точки это уже будет не мозг.
Хелен Анселл, соавтор исследования.
Чтобы прийти к таким выводам, Хелен Анселл и её коллега Иштван Ковач изучили общедоступные трехмерные изображения мозга людей, мышей и плодовых мух. Изучая изображения в наномасштабе, ученые обнаружили, что ткани, определяющие состояние мозга, обладают всеми свойствами универсального масштабирования, характерного для критичности. Та самая точка, в которой материя переходит из одного состояния в другое. Войдет ли этот принцип в направления нейрохакинга?
От животного к сверхчеловеку. Так ли были правы Ницше и Юнг?
Существует конкретный маркер для вещества, которое меняет свое состояние. Ученые сосредоточили внимание на том, что клетки мозга на наноуровне демонстрируют «самоподобные» фрактальные паттерны. Это состояние, когда небольшая часть узора напоминает весь узор. Эта картина наблюдается среди всех нейронов и в различных их сегментах.
Картина, которую мы наблюдаем, на 100% совпадает с наблюдениями во всех критических системах физики. Похоже, что мозг находится в хрупком балансе между двумя фазами.
Иштван Ковач, соавтор исследования.
Любопытно и то, что признаки критичности были обнаружены не только в мозговой ткани человека, но и в мозге крыс и плодовых мух. По мнению исследователей, это может указывать на готовность к фазовому изменению качеств мозга едва ли не всех живых видов. Неужели это предпосылки, на которых может укрепиться философия трансгуманизма?
Изначально исследуемый материал выглядят совсем по-другому: мозг мухи размером примерно с небольшой человеческий нейрон. Но это свойство ,которое мы обнаружили, оно характерно для тканей мозга всех видов.
Хелен Анселл, соавтор исследования.
Среди характеристик, которые различаются от организма к организму, мы полагались на статистическую физику, чтобы проверить, какие параметры потенциально универсальны. Те же, критические показатели. И действительно, критическое состояние мозга одинаково для разных организмов.
Иштван Ковач, соавтор исследования.
Так чем же любопытно это состояние мозга?
Это открытие важно для создания статистических моделей мозга и, возможно, поспособствует развитию нейронных сетей. Неважно, будут это эмуляция мозга на суперкомпьютере, или это будет суперкомпьютер, собранный из человеческих мозгов. Они также говорят, что продолжат свои исследования и изучат различные организмы, чтобы увидеть, насколько универсально состояние критичности мозга.
Больше подобных материалов публикуется в телеграм сообществе. Заглядывайте, чтобы держать руку на пульсе разных граней науки.
Человек – это животное, которое сошло с ума. Из этого состояния есть два выхода: вернуться обратно, в состояние животного, или стать чем-то большим, чем человек.
