Третий глаз: раскрытие способностей мозга и нервной системы методами концентрации. По зрительному нерву информация передается в мозг с помощью


Передача информации из глаза в мозг — Мегаобучалка

От сетчатки глаза сигналы направляются в центральную часть анализатора по зрительному нерву, состоящему почти из миллиона нервных волокон. На уровне зрительного перекреста около половины волокон переходит в про­тивоположное полушарие головного мозга, оставшаяся половина поступа­ет в то же (ипсилатеральное) полушарие. Первое переключение волокон зрительного нерва происходит в латеральных коленчатых телах таламуса. От­сюда новые волокна направляются через мозг к зрительной коре большого мозга (рис. 5.17).

По сравнению с сетчаткой коленчатое тело являет собой сравнительно простое образование. Здесь есть лишь один синапс, поскольку приходящие волокна зрительного нерва оканчиваются на клетках, которые посылают свои импульсы в кору. Коленчатое тело содержит шесть слоев клеток, каждый из которых получает вход только от одного глаза. Четыре верхних являются мел­коклеточными, два нижних — крупноклеточными, поэтому верхние слои на­зываются парвоцеллюлярными (parvo — мелкий, cellula — клетка, лат.} а ниж­ние — магноцеллюлярными (magnus — большой, лат.) (рис. 5.18).

Эти два типа слоев получают информацию от различных ганглиозных клеток, связанных с различными типами биполярных клеток и рецепторов. Каждая клетка коленчатого тела активируется от рецептивного поля сетчат­ки и имеет “on”- или “ofrV-центры и периферию обратного знака. Однако между клетками коленчатого тела и ганглиозными клетками сетчатки суще-

Рис. 5 17 Передача зрительной информации в мозг. 1— глаз; 2 — сетчатка; 3 — зрительный нерв; 4 — зрительный перекрест; 5 — наружное коленчатое тело, 6 — зрительная радиация; 7 — зрительная кора; 8 — затылочные доли (Линдсней, Норман, 1974)

мозга — физическая основа зрения. Большинство путей, ведущих от сетчатки к зрительной коре в задней части полушарий, проходит через наружное коленчатое тело. На поперечном срезе этой подкорковой структуры видны шесть клеточных слоев, два из которых соответ­ствуют магноцеллюлярным связям (М), а четыре — парвоцеллюлярным (П) (Зеки, 1992).

ствуют различия, из которых наиболее существенным является значитель­но более выраженная способность периферии рецептивного поля клеток ко­ленчатого тела подавлять эффект центра, т. е. они в большей степени спе­циализированы (Хьюбель, 1974).

Нейроны латеральных коленчатых тел посылают свои аксоны в первич­ную зрительную кору, называемую также зоной VI (visual — зрительный, англ.). Первичная зрительная (стриарная) кора состоит из двух параллель­ных и в значительной степени независимых систем — магноцеллюлярной и парвоцеллюлярной, названных соответственно слоям коленчатых тел тала-муса (Zeki, Shopp, 1988). Магноцеллюлярная система встречается у всех мле­копитающих и поэтому имеет более раннее происхождение. Парвоцеллю-лярная система есть только у приматов, что свидетельствует о ее более по­зднем эволюционном происхождении (Carlson, 1992). Магноцеллюлярная система включена в анализ форм, движения и глубины зрительного про­странства. Парвоцеллюлярная система участвует в зрительных функциях, получивших развитие у приматов, таких как цветовое восприятие и точное определение мелких деталей (Merigan, 1989).

Связь коленчатых тел и стриарной коры осуществляется с высокой то­пографической точностью: зона VI фактически содержит “карту” всей по­верхности сетчатки. Поражение любого участка нервного пути, связываю­щего сетчатку с зоной VI, приводит к появлению поля абсолютной слепоты, размеры и положение которого точно соответствуют протяженности и ло-

кализации повреждения в зоне VI. С. Хеншен назвал эту зону корковой сет­чаткой (Зеки, 1992).

Волокна, идущие от латеральных коленчатых тел, контактируют с клет­ками четвертого слоя коры. Отсюда информация, в конечном счете, распро­страняется во все слои. Клетки третьего и пятого слоев коры посылают свои аксоны в более глубокие структуры мозга. Большинство связей между клет­ками стриарной коры идут перпендикулярно поверхности, боковые связи преимущественно короткие. Это позволяет предположить наличие локаль­ности при обработке информации в этой области.

Участок сетчатки, который воздействует на простую клетку коры (рецеп­тивное поле клетки) подобно полям нейронов сетчатки и коленчатых тел, разделен на “on”- и “offr-области. Однако эти поля далеки от правильной окружности. В типичном случае рецептивное поле состоит из очень длин­ной и узкой “оп”-области, к которой примыкают с двух сторон более ши­рокие “о!Г”-участки (Хьюбель, 1974).

megaobuchalka.ru

Обработка информации человеческим мозгом. О чувстве юмора и остроумии

Обработка информации человеческим мозгом

При всем многообразии внешних условий, в которых живет человек, существует лишь один доказанный путь информационного воздействия окружающей среды на его центральную нервную систему: внешняя информация поступает в мозг через органы чувств.

В органах чувств происходит перекодирование информации: специфическая энергия раздражителя преобразуется в нервные импульсы. Нервный импульс представляет собой электрохимический процесс, и нет оснований думать, что импульс, который передается в мозг по зрительному нерву, чем-то отличается от импульса, который идет по слуховому или осязательному путям. Импульсы одинаковы не только по своей физико-химической природе, но и по величине (амплитуде). Для передачи информации любой степени сложности из органов чувств в мозг используется различная частота импульсов. В терминах теории информации это означает, что в нервной системе используется импульсный код с частотной модуляцией.

Кроме частоты импульсов для передачи информации используется еще и топологическое представительство органов чувств в коре головного мозга: импульсы с периферии не просто направляются в мозг, но адресуются в его определенные участки, например, импульсы от органа зрения идут в затылочные доли, от органов слуха — в височные и т. д. Это позволяет от разных датчиков (органов чувств) передавать одинаковые сигналы (импульсы), а различие информации обеспечивается самим фактом передачи по различным каналам.

Импульсы, поступающие в мозг, подвергаются обработке — происходит их пространственная в временная суммация в высших отделах мозга. Это и есть физиологическая основа формирования образов и идей, являющихся отражением реального мира. Как же примирить это свойство с тем хорошо известным фактом, что один и тот же человек в разное время из одних и тех же посылок может делать иногда прямо противоположные выводы? Очевидно процесс обработки информации мозгом, будучи частью объективного процесса отражения, является в тоже время и глубоко субъективным процессом. Нам кажется, что одним из ключей к пониманию (а не только словесному признанию) этого диалектического противоречия может служить выдвинутая Н. М. Амосовым гипотеза о программах познавательной деятельности человека. Кроме чисто интеллектуальных программ познания мира существуют и эмоциональные программы, связанные с физиологическими центрами, регулирующими основные физиологические влечения и инстинкты человека, — голод, половое влечение, защитные реакции. Любая информация, воспринятая органами чувств (рецепторами) человека, передается в мозг и возбуждает эти эмоциональные центры — в большей или меньшей степени, подчас едва заметно. (Термин «центр» надо понимать не в анатомическом, а в функционально-динамическом смысле.) Это, так сказать, эмоциональный аккомпанемент, который сопровождает любую передачу информации в центральную нервную систему. Когда сигналы информации достигают высших отделов мозга, где происходит их пространственно-временная интеграция, то в тоже отделы параллельно с ними поступают импульсы от эмоциональных центров, несущие информацию об основных интересах и потребностях организма, сквозь призму которых преломляется внешняя информация.

Таким образом, обработка информации мозгом осуществляется как взаимодействие двух основных программ — интеллектуальной и эмоциональной. При таком подхода становится ясным, почему у разных людей (и у одного человека в разное время) одна и та же входная информация после переработки преобразуется в противоположные по содержанию информационные выходы: эмоциональная программа существенно влияет на полученные результаты.

Взаимодействие интеллектуальной и эмоциональной программ протекает далеко не просто. Промежуточные результаты обработки информации могут оказывать обратное влияние на развитие эмоций и видоизменять эмоциональные программы. А это в свою очередь сказывается па осуществлении интеллектуальных программ: взаимодействие по типу обратной связи.

Может произойти диссоциация, расхождение этих программ — потеря четкости их взаимодействия. Вероятно, такое расхождение лежит в основе некоторых психических расстройств. Возможны и преднамеренные волевые усилия с целью отрыва этих программ друг от друга и высвобождения интеллектуальной программы из-под влияния эмоций.

Представление о взаимодействии интеллектуальной и эмоциональной программ как физиологической основе познавательной деятельности человека заслуживает внимания прежде всего потому, что оно может оказаться плодотворным в области кибернетики, которая занимается моделированием психических функций человека.

В связи с этим возникает ряд интересных вопросов. Во-первых, нужно выяснить конкретный механизм взаимодействия обеих программ. Не менее важен вопрос о преобладающей роли той или иной программы у разных людей и в разных ситуациях. Впервые на это обстоятельство указал И. П. Павлов, выделив два основных типа высшей нервной деятельности человека — мыслительный и художественный:

«Жизнь отчетливо указывает на две категории людей: художников и мыслителей. Между ними резкая разница. Одни — художники во всех их родах: писателей, музыкантов, живописцев и т. д. — захватывают действительность целиком, сплошь, сполна, живую действительность, без всякого дробления, без всякого разъединения. Другие — мыслители — именно дробят ее и тем как бы умерщвляют ее, делая из нее какой-то временный скелет, и затем только постепенно как бы снова собирают ее части и стараются их таким образом оживить, что вполне им все-таки так и не удается».

Вот отрывок из романа Льва Толстого «Война и мир», описывающий чувства Андрея Волконского, приехавшего в австрийскую штаб-квартиру с донесением о первом успехе Кутузова против французов в неудачной кампании 1807 года:

«Флигель-адъютант своею изысканной учтивостью, казалось, хотел оградить себя от попыток фамильярность русского адъютанта. Радостное чувство князя Андрея значительно ослабело, когда он подходил к двери кабинета военного министра. Он почувствовал себя оскорбленным, и чувство оскорбления перешло в то же время незаметно для него самого в чувство презрения, ни на чем не основанного. Находчивый же ум в то же мгновение подсказал ему ту точку зрения, с которой он имел право презирать и адъютанта и военного министра».

Как видим, эмоциональная обработка информации «опережала» интеллектуальную. Обычно у человека результатом такай обработки является смутное предчувствие, безотчетная тревога, необъяснимое недоверие, как будто бы необоснованная антипатия и т. д. В этом отношении чрезвычайно показателен эпизод из романа Дж. Стейнбека «Зима тревоги нашей». Кассир банка Джой Морфи предчувствует, что готовится ограбление, и даже включил специальную сигнализацию. Никакой мистики в этом нет. Просто Итен Хоули всем своим поведением и тематикой разговоров (включая и смысл и интонация) наталкивал его на это, давая соответствующую информацию. Обработка ее не позволила кассиру точно сформулировать евои опасения, но у него появилось чувство тревоги, ожидание опасности, которое отразилось на его поведении. Предчувствие не было внушено ему свыше, а возникло как результат преимущественно эмоциональной обработки воспринятой информации.

Можно предположить, что у некоторых людей обработка информации, как правило, происходит со «смещением акцентов»: центр тяжести может смещаться в сторону обработки эмоционального компонента. Нам кажется, что такую схему можно прямо связать с тем, что принято именовать художественным восприятием действительности.

Это не значит, что «смещение акцентов» есть отклонение от нормы. С точки зрения художника, дело обстоит как раз наоборот: интеллектуальная обработка может казаться ему «смещением акцентов». На самом же деле это два варианта нормы, два крайних типа. Между ними находятся переходные, промежуточные варианты, к которым принадлежит большинство людей. Художественное познание мира не только эмоционально, но и интеллектуально.

Ведь мыслительный и художественный типы — это типы корковой деятельности.

О силе художественного постижения действительности писал более 100 лет назад Н. А. Добролюбов:

«В литературе, впрочем, явилось до сих пор несколько деятелей, которые стояли так высоко, что их не превзойдут ни практические деятели, ни люди чистой науки. Эти писатели были одарены так богато природою, что умели как бы по инстинкту приблизиться к естественным понятиям и стремлениям, которые еще только искали современные им философы с помощью строгой науки. Мало того: истины, которые философы только предугадывали в теории, гениальные писатели умели схватывать в жизни и изображать в действительности… Таков был Шекспир». Н. А. Добролюбов подчеркивает важную особенность художественного познания: оно позволяет получать результаты, еще недоступные научному анализу.

Разумеется, нельзя понимать дело так, что художественное познание мира может заменить науку. Но в тех областях, где научный аппарат познания пока далек от совершенства, искусство может опережать науку: «Интуиция является лишь сокращенным прыжком познания, прыжком, за которым наука со своими доказательствами может плестись столетиями»[33]. Вероятно, именно эту интуицию художника имел в виду Норберт Винер, когда писал о Киплинге: «При всей своей ограниченности он тем не менее обладал проницательностью поэта». Возможно что этот скачок в мышлении, «логический разрыв», связан с переходом от второсигнальных ассоциаций к образам первой сигнальной системы с последующим возвращением ко второй сигнальной системе.

Художественное познание оказывается порой безошибочно-точным. Это обстоятельство отметил Фридрих Энгельс в известном письме к Маргарите Гаркнесс: «Бальзак… в своей „Человеческой комедии“ дает нам самую замечательную реалистическую историю французского общества…, из которой я даже в смысле экономических деталей узнал больше…, чем из книг всех специалистов-историков, экономистов, статистиков этого периода, вместе взятых»[34].

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности. Одним из следствий этой теории является так называемый «парадокс часов». Поясним сущность этого парадокса мысленным примером. Представим себе, что с Земли в сторону Альдебарана летит космический корабль со скоростью, близкой к скорости света. Расстояние до Альдебарана — примерно 50 световых лет. Дорога туда и обратно займет, следовательно, 100 лет, — по нашим земным часам. Но на ракете все процессы будут протекать медленнее, и космонавтам покажется, что путешествие продолжалось значительно меньше, скажем, 10 лет. Именно таковы будут показания хронометров космического корабля и темп старения его экипажа. Вернувшись на Землю, обитатели ракеты едва ли застанут в живых кого-либо из своих сверстников.

Этот «парадокс часов» сейчас известен каждому школьнику: о нем много написано и в научно-популярной и в фантастической литературе.

Но немногие знают, что за год до опубликования теории Эйнштейна, в 1904 году, Александр Блок в стихотворении «Моей матери» сжато и точно описал этот парадокс:

Нам казалось: мы кратко блуждали.

Нет, мы прожили долгие жизни…

Возвратились — и нас не узнали,

И не встретили в милой отчизне.

Каким образом удалось поэту предвосхитить одно из величайших открытий науки? Или это случайное совпадение?

В подтверждение высказанных предположений сошлемся на слова А. М. Горького — человека, сочетавшего громадный талант художника с энциклопедической образованностью. Вот что он писал о художественном познании действительности:

«Бальзак, один из величайших художников… наблюдая психологию людей, указал в одном из своих романов, что в организме человека, наверное, действуют какие-то мощные, не известные науке соки, которыми и объясняются различные психофизические свойства организма. Прошло несколько десятков лет, наука открыла в организме человека несколько ранее не известных желез, вырабатывающих эти соки, — „гормоны“ — и создала глубоко важное учение о „внутренней секреции“. Таких совпадений между творческой работой ученых и крупных литераторов — немало»[35].

Число примеров можно еще увеличить. Но необходимо сделать несколько предостережений и оговорок. Во-первых, не всякий, кто берется за перо или кисть, может считаться художником. Где же критерий, кого можно считать художником, к чьим предостережениям нужно прислушиваться? Ведь художник не может строго и безупречно переводить свои прозрения на язык логической аргументации, его выводы приходится принимать, ограничиваясь художественным их обоснованием. Кому же верить? Этот вопрос пока остается без ответа; но для нас важно другое: мы хотим подчеркнуть объективность и действенность художественного познания, которое недостаточно изучалось в прошлом. На наш взгляд, оно заслуживает большего внимания со стороны философов, психологов и нейрофизиологов. Художественное познание меньше боится пробелов в поступающей информации. Оно оперирует с высшими ассоциациями, схватывая самые общие связи на вершине иерархической лестницы ассоциаций, а затем уже находит конкретное их выражение через «выразительную деталь». Это обстоятельство подметил еще Герман Гельмгольц. Он писал, что в некоторых случаях «суждение… истекает не из сознательного логического построения, хотя в сущности умственный процесс при этом тот же… …Этот последний род индукции, который не может быть приведен до совершенной формы логического заключения… играет в человеческой жизни весьма обширную роль… В противоположность логической индукции можно было бы этот род индукции назвать художественным»[36].

Чтобы лучше понять общность и отличия научного и художественного мышления, надо сперва ответить на вопрос — а что такое мышление?

Философы утверждают, что мышление — это обобщенное отражение действительности человеческим мозгом.

Физиологи предпочитают другую формулировку — мышление есть психическое проявление высшей нервной деятельности.

Психиатры говорят, что мышление — это интеллект в действии. Пожалуй, наиболее удачным, следует признать функциональное определение: мышление есть процесс обработки информации с отбором ее и с повышением кода (то есть степени абстракции).

Мышление не всегда осознается; процессы обработки информации мозгом могут в определенные моменты протекать вне сознательного контроля. Это так называемое подсознательное мышление лежит в основе неосознанного опыта, который принято именовать интуицией. Любое событие, происходящее вовне и воспринятое человеком, отражается, то есть моделируется, в его мозгу в виде нейронной структуры — модели. Модель — это совокупность нервных клеток и их связей, образующих сравнительно устойчивую во времени группу. Формирование нейронной модели отвечает тому, что в логике и психологии называют представлением… Если создается модель, отражающая одно какое-то свойство, присущее многим объектам, — то это соответствует формированию понятия.

Последовательная активация моделей, движение возбуждения и переход его с модели на модель — это материальный базис процесса мышления.

Схематически можно представить себе каждую модель в трех основных состояниях: возбужденном, субвозбужденном и невозбужденном.

Модель не возбуждена — это значит, что активность ее (энергетический уровень) минимальна. Она находится в долговременной памяти, и лишь в самой незначительной степени взаимодействует с другими моделями.

Модель находится в состоянии субвозбуждения — это означает ее высокую готовность перейти в возбужденное состояние, а также более активное взаимодействие с другими моделями и текущим опытом. Из числа субвозбужденных моделей отбираются те, которые будут возбуждены в следующий момент времени.

«Субвозбуждение», или возбуждение модели на неполном энергетическом уровне, есть, по-видимому, материальный базис подсознания.

Возбужденных моделей значительно меньше, чем моделей субвозбужденных. Их энергетический уровень наиболее высок — это те модели, которые находятся в сфере сознания.

В сознании может проходить лишь одна нить ассоциаций, то есть лишь один поток информации. Ассоциативные связи в подсознании гораздо многообразнее, шире и богаче.

Переход модели из подсознания в сознание, то есть на более высокий уровень возбуждения, связан в первую очередь с эмоциональным подкреплением, которое в значительной мере предопределяет ход ассоциативного процесса.

Одна из особенностей художественного творчества — построение корковых моделей в условиях большого дефицита информации. Но и научное творчество связано с таким построением. По-видимому, это особенность любого творческого процесса. Разница в том, что интуитивный вывод ученого может быть впоследствии переведен на язык строгой логики (экспериментальное обоснование гипотез и теорий), а художественное прозрение, как правило, не переводится на язык логической аргументации. Поэтому для изучения процесса художественного творчества вдвойне важно знание законов подсознательного мышления. Эти законы объективны, и в принципе не должны отличаться от законов осознанного мышления. Но есть и специфика; мы укажем на три особенности подсознательного мышления.

1. Скорость обработки информации в подсознании намного ниже. Это утверждение не является очевидным, потому что повседневный опыт как будто бы противоречит ему. Подсознательные умозаключения кажутся иногда молниеносными. Но эта молниеносность относится не к скорости обработки информации, а к скорости перехода нейронной модели из подсознания в сферу сознания. Этот переход, действительно, осуществляется мгновенно. Но ему предшествует длительная и медленная обработка информации на подсознательном уровне, длящаяся иногда месяцы и годы.

2. B подсознании возможна одновременная обработка нескольких параллельных потоков информации. Это весьма существенное обстоятельство, ибо при этом значительно шире и разнообразнее круг возникающих ассоциаций и аналогий, которые могут стать толчком и источником новых неожиданных решений.

3. Подсознательное мышление более подвержено влиянию эмоций и чувств.

Теперь естественно задать вопрос. Если подсознание столь существенный элемент творческого процесса, то почему нейрофизиологи так мало изучают его? Причина прежде всего в том, что нет хороших методик, вернее, их мало.

Из существующих работ нужно упомянуть исследования школы Быкова по восприятию раздражений из собственных внутренних органов. В опытах удалось показать, что на неощущаемые допороговые раздражения из внутренних органов могут формироваться условные рефлексы. Предполагается, что эти раздражения доходят до коры, но энергетический уровень их низок, и они не превращаются в ощущения, а анализируются без участия сознания. Это допороговые импульсы. Их можно учесть количественно. Они хотя и слабы, но, постепенно накапливаясь, могут полностью подчинить себе поведение. Особенно ярко это проявляется при выключении внешних раздражителей (во сне, например, когда содержание сновидений в большой мере определяется импульсами из желудка, мочевого пузыря и т. д.).

Но физиологическая основа подсознательного не сводится к импульсам из внутренних органов — она сложнее и многообразнее. В подсознании взаимодействуют потоки внутренней и внешней информации. Исследование подсознательного восприятия внешней информации проводил Г. В. Гершуни. Он пользовался слуховыми раздражителями допороговой величины и вырабатывал условные рефлексы на них. Оказалось, что условные рефлексы могут формироваться на неощущаемый, «неслышимый» звук. Такой условный рефлекс Гершуни трактует как неосознанную психическую реакцию. Сам факт образования условных рефлексов на неощущаемые раздражения делает — в приложении к человеку — вполне реальным допущение о существовании интуитивного мышления, когда в сознании всплывает мысль, предварительно сложившаяся в подсознании.

Применялись и другие модификации этого метода — кратковременные экспозиции рисунков, вкрапление кинокадров, тематически не связанных с фильмом, и т. д. Опыты показали, что неосознанные раздражители могут воздействовать на поведение.

В последнее время появились сенсационные сообщения о гипнопедии. Анализ опубликованных результатов позволяет сделать предварительный вывод, что гипнопедия может стать инструментом исследования подсознания. Наконец, психоанализ Фрейда. В руках талантливого врача в клинике он дает подчас блестящие результаты. Но психоанализу не хватает критериев точности: толкования его слишком произвольны.

Существующие методики изучения подсознания недостаточны. Нужны новые идеи. Но важность проблемы заслуживает того, чтобы прилагать здесь самые энергичные усилия.

Для естественных наук характерно стремление найти упрощенную модель сложного явления, изучать ее свойства, а затем с оговорками, осторожно переносить свои находки на самое сложное явление. Где же искать модель творческого процесса? Мы остановили свой выбор на модели несколько, быть может, неожиданной: на создании остроты, ибо здесь тоже наблюдаются три основных признака творческого акта:

а) наличие предварительных знаний;

б) подсознательное ассоциирование далеких понятий;

в) критическая оценка полученного результата.

Как и любой творческий процесс, создание остроты связано с выходом за пределы формальной логики, с освобождением мысли от тесных рамок строгой дедукции.

Пробуждающим мотивом, движущей пружиной этой умственной работы служат человеческие чувства — также, впрочем, как и при решении любой задачи, да и вообще — без чувств не может быть никакого человеческого творчества. Взгляд на остроумие как подсознательный процесс, второму свойственны все особенности подсознания, впервые был высказан Фрейдом. Правда Фрейд избрал несколько необычный способ доказательства своей мысли. Он решил показать, что остроумие имеет сходство с мышлением в сновидениях. А поскольку подсознательный характер мышления в сновидениях совершенно очевиден, то тем самым доказывается подсознательный характер остроумия.

Фрейд выделяет следующие общие черты мышления в сновидениях и остроумия:

1. Лаконизм.

2. Сдвиг, то есть выбор средств выражения, достаточно далеких от тех, которым внутренняя цензура (воспитание) оказывает препятствие.

3. Непрямое изображение (намек).

4. Бессмыслица, то есть перевернутые причинно-следственные связи.

5. Регрессивный поворот от абстракций к наглядно-чувственным образам.

Доказательства эти кажутся несколько надуманными, хотя вывод Фрейда о связи остроумия с подсознательными процессами вполне правдоподобен.

Подход к изучению остроумия может быть с разных прицельных точек. Для врача-невропатолога вполне естественно и к проблеме остроумия подойти с врачебных позиций. В клинике нервных болезней часто приходится наблюдать «лобное остроумие», которому в книге посвящен специальный раздел. Почему при опухолях лобной доли мозга возникают столь резкие нарушения именно в этой области словесного поведения человека? Может быть, признать лобные доли центром остроумия? Но это несерьезно, Центра остроумия в мозгу нет, как нет и центров других высших психических функций. В чем же здесь дело?

Для ответа на вопрос, почему при лобных поражениях страдает остроумие, надо сперва разобраться — что такое остроумие? Любая сложная психическая функция являются иерархической организацией других, более простых но тоже далеко не элементарных функций. Значит, и остроумие как сложное психическое свойство включает в себя целый комплекс психических качеств. Во-первых, критичность. Не всякую остроту можно обнародовать — надо мгновенно оценить ее до произнесения вслух. Отбор требуется очень строгий. А при поражении лобных долей критичность вообще нарушается. Во-вторых, для остроумия необходима способность к избирательным ассоциациям, позволяющая ассоциировать далекие понятия. А при поражении лобных долей способность к избирательным ассоциациям утрачивается, и в «потоке сознания» преобладают, как правило, случайные ассоциации.

Таким образом, «лобное остроумие» — не таинственный признак поражения некоего фантастического центра, а один из результатов дезинтеграции высших психических функций. Эта же дезинтеграция приводит и к другим психопатологическим явлениям, вызывая более широкие изменения личности больного. А острота может в какой-то мере служить моделью, в которой эти изменения проявляются наиболее демонстративно.

Чтобы лучше понять механизм патологического остроумия, необходимо проанализировать «нормальное» остроумие. Но тут возникает вопрос — чем отличается остроумие от чувства юмора? Ведь многие люди не делают между ними различия. Анализ чувства юмора как эмоциональной реакции выдвигает еще один вопрос — что такое чувство? Поэтому главе об остроумии пришлось предпослать пространный раздел об эмоциях и чувствах.

Разбор «нормального» остроумия приведен главным образом на примерах из художественной литературы, потому что это материал апробированный. Рискованно брать для анализа шутки своих знакомых.

Есть в проблеме остроумия и кибернетическая сторона. Можно ли описать структуру остроты формальным языком, языком программы для вычислительной машины? Если ответить на этот вопрос утвердительно, то это означает признать возможность моделирования остроумия. Задача эта громадной трудности и потребует совместных длительных усилий врачей, психологов, программистов, математиков. Но в принципе такая задача представляется вполне разрешимой.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

psy.wikireading.ru

раскрытие способностей мозга и нервной системы методами концентрации

Цель йоги – самадхи, непрерывное погружение, слияние ума с внутренней оболочкой тела души. Эта оболочка – бессмертное духовное тело, которое, постоянно воплощаясь, меняет смертные физические тела. Оно хранит в себе полное знание о мироздании и его истоках, оно – свободно и самодостаточно, наполнено нескончаемой радостью своего собственного бытия.

Проблема в том, что у человека отсутствует осознанный контакт с телом души. Мы не рождаемся духовно пробужденными, а процесс такого пробуждения требует времени и практики.

Чтобы осознать внутреннее тело, человек с помощью йоги должен научиться контролировать все внешние оболочки (ментальное, физическое и витальное тела), которые скрывают то, что находится за ними и незримо их поддерживает.

Существуют многочисленные методы, их цель – связать внешнее сознание (ум и чувства) с внутренним телом. Высвободить потенциал сознания, сформированный внешними действиями.

Для этого применяются методы, использующие концентрацию на разных объектах. Наиболее распространённым способом такой концентрации является тратака или дришти.

Эта техника применяется для удержания сознания на отражённом от объекта свете. Суть в том, чтобы непрерывно созерцать отражённый свет, удерживая ум в постоянной концентрации. Через оптические нервы сигнал от глаз передаётся в таламус и затем в гипофиз. При продолжительном и регулярном процессе такой садханы происходит включение функций гипофиза, таламуса и желудочков мозга. Этот процесс активизирует также пробуждение функции третьего глаза – шишковидной железы. Параллельно происходит «отключение» сознания от внешних форм деятельности органов чувств и прекращение стимуляции мозга через внешние объекты. Это состояние известно как пратьяхара (пратья – восприятие хара – смешать, удалять, прекращать). В дальнейшем процесс приводит сознание к полному раскрытию и возможности видеть и воспринимать феномены, независимые от физиологической и предметной реальности внешних объектов.

Ключевыми механизмами переключения восприятия, задействованными в йоге, являются следующие разделы мозга и нервной системы: таламус, гипоталамус, гипофиз, мозжечок, четыре желудочка мозга.

Аспекты физиологической эволюции разделов мозга в духовной практике – тема весьма сложная для обсуждения по двум причинам: 1) наука не располагает объективными и достоверными сведениями о скрытом потенциале мозга; 2) наука рассматривает функционирование мозга лишь в контексте общепринятых научных теорий.

В то же время йога как знание уже обладает информацией по раскрытию способностей мозга, которой нет в общепризнанных научных исследованиях.

Внутренние и внешние процессы развития мозга и нервной системы в йоге происходят совершенно иначе и с другой интенсивностью, чем при обычном образе жизни, и сами практики, при которых происходит пробуждение сознания, требуют немалого времени и усилий. Недостаток времени и мотивации – наибольшая проблема для освоения этого рода методов.

Христос сказал: «Когда око будет едино, тело будет полно света». Йоги воспринимают контекст данной фразы как указание на метод созерцания – дришти.

Айтарея упанишада говорит о том, что душа входит в тела через брахма рандхру – отверстие в макушке головы и пребывает там до момента смерти.

В обычном состоянии душа проявляет себя через зрительные ощущения — оптические нервы таламуса соединяют глаза с мозгом. Возможность видеть – работа не глаз, а мозга.

Единое око – это потенциал сознания, способный видеть все объекты в свете тела души.

Адепты йоги уверены в том, что мозг человека подобен эмбриону, возможности которого задействованы на 2-3 процента. И полноценные способности мозга можно раскрыть йогой, пробуждая один за другим определённые его отделы, а также также блокируя деятельность других отделов, которые выбрасывают сознание вовне. Ключевыми являются продолговатый мозг, гипофиз, таламус, гипоталамус и шишковидная железа.

Священные тексты упоминают о древе жизни, это древо жизни – мозг и нервная система. Это дерево растет ветвями вниз, а корни его уходят вверх в головной мозг. Отделы мозга, отвечающие за динамичную деятельность сознания, подобны ступам колеса – от лобных до затылочных долей. Здесь все центры: слуха, зрения, осязания, обоняния, инстинктивной и интеллектуальной активности.

В процессе йоги одни функции блокируются, другие развиваются. Шишковидная железа воздействует на гипоталамус. Он, в свою очередь, замедляет и переключает сознание с внешних объектов на внутренние процессы. Шишковидная железа располагается в центре головы, немного выше и за гипофизом. Шишковидная железа – это рудиментарный орган, который в состоянии медленно эволюционировать. По мнению учёных, «третий глаз» – это архаизм, и все заявления о его функционировании лишены научного обоснования. Этот орган (шишковидная железа) величиной меньше горошины вообще невозможно идентифицировать как самостоятельный отдел мозга.

Третий желудочек мозга является местом её пребывания. Возможность чувствовать феномен «третьего глаза» происходит через пробуждение области шишковидной железы.

Импульсы, получаемые в процессе концентрации, передаются в шишковидную железу и третий желудочек мозга, где все органические функции и психические силы ментального тела соединяются. Концентрация может выполняться на свече или на ее отраженном свете. Но сама по себе техника требует пояснения.

С одной стороны, внешняя система органов чувств и питаемый ей ум блокируются гипоталамусом, с другой – вся психическая сила человека начинает генерироваться внутри.

Что подразумевают йоги под развитием сознания? – Возможность ума подниматься над ощущениями.

Внутри мозга существуют как женские, так и мужские элементы. Ими являются гипофиз и шишковидная железа. Их соединение и есть ардха наришвара (форма Бога, где половина – мужское, половина – женское тело) – самодостаточная форма сознания, у которой нет необходимости в половой идентификации. Практикой йоги достигается единство, гармония этих двух начал внутри мозга. Йогину это даёт состояние естественной брахмачарьи – внутренней самодостаточности и состояния любви, не обусловленной инстинктом продолжения рода и притяжением объектами противоположного пола.

Сожжение Камы (Бога любви) Шивой – символ трансформации сексуального желания в сверхспособности. Чувственная информация передаётся через взгляд и поэтому развитие центра желания тесно связано с развитием зрительного восприятия.

Внутренняя свобода – это плод интуиции, в случае, когда гипофиз и шишковидная железа будут полностью развиты, их совместные вибрации откроют способность пробуждения «глаза души».

Тайтирия упанишада провозглашает: «Эта древняя йога известна нам от тех риши, которые передали её нам. Ты должен медитировать на том, кто присутствует в Агни как Bhuh, в воздухе как Бхувах, в Солнце как Svah, в Брахмане как Махат». В ведах – это три мира: 1) грубых форм материи, 2) промежуточная сфера, 3) духовные и сверхсознательные сферы (Маха, Джана и Тапа локи). В физическом теле существуют определённые соответствия этим сферам.

Агни (Огонь) – это таламус, который находится в первом желудочке мозга. Сурья (Солнце) – это полосатое тело (corpus striatum), второй желудочек. Махат (Разум), находящийся в брахмарандхре, – шишковидная железа, третий желудочек. Вайю (воздух) – продолговатый мозг, четвёртый желудочек. Один из наиболее ценных манускриптов Шива йоги считает главными эти четыре отдела.

В процессе роста мозг раскрывается из небольшой нервной трубки в три грушевидные полости: передний мозг, средний мозг и задний мозг. Он продолжает рост, пока все слои до конца не сформируются. Изначальная нейронная трубка обладает структурой углубления, поэтому позвоночник (спинной мозг) имеет форму трубки. Углубления прежней трубки существуют в мозговых полушариях как два углубления – боковые ответвления. Далее третий желудочек развивается между двух больших по объёму масс нервных клеток, которые лежат в основании переднего мозга и называются талами. Средний мозг – маленький, он соединяет два полушария с задним мозгом; проход, идущий через средний мозг, называется варолиевым мостом. Он соединяет третий желудочек с четвёртым, затем он развивается в четвёртый желудочек, соединённый с задним мозгом. С заднего мозга количество важных структур множится. Нервная ткань, соединяющая два полушария, соединяет мозжечок и два полушария мозга. Если сравнивать мозг с деревом, то его стволом будет спинной мозг, который продолжается, переходя в продолговатый мозг внутри головы. Продолговатый мозг – это область пребывания главной праны (сушумна и её окончание). Это сила, содержащая в себе и поддерживающая все области и жизненные силы.

Сенсорные впечатления зрения мозг трансформирует в видение.

Мозг напоминает ствол дерева, из которого по бокам вырастают две кроны – правое и левое полушария. Если мы пойдём по дереву дальше, внутрь головы, мы обнаружим желудочки мозга – важные центры, управляющие деятельностью полушарий, которые представляют собой железы, формы серого и белого вещества, примыкающие к правому и левому полушариям.

Активность внешних чувств: зрения, слуха, обоняния и осязания, регулируется областями, распространяющимися от затылка к лобным долям полушарий, это семь спиц «колеса жизни». На тонком уровне есть также связь отделов мозга с функциями чакр.

Гипофиз

Задачей гипофиза является развитие тела в соответствии с развитием в нём сознания. Это и процессы роста тела по мере его взросления и процессы реакций. Активность гипофиза управляется через третий желудочек мозга и область шишковидной железы.

У гипофиза существуют передние и задние доли. Шишковидная железа связана с задней долей гипофиза. Гипофиз управляет системой всех желёз тела. Третий желудочек мозга – узкий проход, находящийся в основании полушарий и затем разветвляющийся на две области. Шишковидная железа располагается за узким проходом до разветвления и представляет собой узелок нервной ткани и серого вещества. Область шишковидной железы располагается за четверохолмием (corpora quadrigemina), относящимся к области среднего мозга.

Гипофиз является наиболее важной частью, так как он создаёт настрой и согласует деятельность разных желёз тела, контролирует биоритмы и процессы развития тела. Он же приводит в действие генетическую программу полового созревания тела и сам момент включения в определённом возрасте половых гормонов. Шишковидная железа, воздействуя на гипофиз, замедляет процессы включения этой функции и позволяет сознанию создать барьер между реакцией гормонов и решением.

Шишковидная железа

У значительной части людей этот орган находится в рудиментарном состоянии, хотя в ряде случаев он может эволюционировать. В своём полном развитии он помогает адептам йоги воспринимать феномен времени как постоянную величину, а не фрагменты из прошлого настоящего и будущего. Время существует на материальном уровне как математическая величина. В индивидуальном опыте его восприятие может ускоряться или замедляться и даже останавливаться. Тексты йоги описывают шишковидную железу как «третий глаз», который символически изображается на лбу. Известны изображения Шивы с «третьим глазом» в форме пламени. В обычных людях функция «третьего глаза» полностью утрачена из-за сексуальных пристрастий, так как развитие этого центра возможно, только если ум свободен от влияния страсти, и тонкая энергия, которая уходит на секс, будет генерироваться внутри мозга. Если человек пресечёт склонность к похоти, возможна дальнейшая эволюция этого центра. Эту область можно развить до определённого уровня активности, и в этом случае уму открывается его вселенское измерение. Полный процесс Дришти йоги – это открытие такого измерения.

Открытие «третьего глаза» – это раскрытие функции шишковидной железы так же, как и функций гипофиза, таламуса и гипоталамуса и других желудочков мозга, которые управляют режимом мышления и функциями всей высшей нервной деятельности. Создаются новые нейронные связи, и все эти отделы мозга в совокупности формируют совершенно иной способ восприятия реальности.

Тем не менее, область вселенской мысли не ограничена лишь человеческим восприятием. Человеческая мысль могла появиться лишь в результате сдерживания действия и управления реакциями между побуждением и реализацией действия. У животных такой функции нет, так как они управляются инстинктивным разумом.

Эволюционируя, ум смещается с ориентации на внешние объекты, достигая полной интроверсии. Внешний мир как бы исчезает, мозг вбирает в себя силы и органические функции, концентрируя их энергию в области шишковидной железы.

Существуют некоторые сходства и различия между дришти йогой и кундалини йогой.

Кундалини спит – и «третий глаз» спит. Область кундалини – это тазовое сплетение, область «третьего глаза» – область мозга. Процесс пробуждения кундалини связан с усилиями и тяжёлой работой по раскрытию центров всего тела. Для такого пробуждения необходима вся жизненная энергия, которая накапливается благодаря практике пранаям.

Дришти (созерцание) связана лишь с пробуждением нескольких областей мозга.

Пробуждённая кундалини достигает причинного тела, которое имеет форму буквы «О» и соединяется с ним. Дришти йога практически отключает ментальное тело от физического носителя, воздействуя исключительно на те центры, которые связаны с высшей нервной деятельностью. «Вытягивание» астрального и ментального тела происходит без активных действий телом или активного контроля дыхания.

Существует несколько обоснований, когда отдельные методы йоги являются препятствиями для других. Например: хатха йога, практика асан и методы дыхания «сажают» сознание обратно в тело, заставляя тело отождествляться с ментальными и эмоциональными импульсами. Прорабатывая и встречая импульсы на пути в теле, сознание создает поток, включающий витальные энергии и праны. Ум при этом встречается с разными видами опыта и проходит полностью через все подсознательные и сознательные сферы.

Формы дришти йоги – это способ входа в тело света без погружения в физическое и психическое подсознантельное. Термин Шива йога предполагает проработку психо-эмоциональной кармы в контексте традиции вира шиваизма, интенсивного поклонения – как внутреннего, так внешнего.

При созерцании (дришти) пробуждается канал связи с телом души внутри мозга и связывает его физиологические функции тела с телом души, пребывающим в области третьего желудочка мозга. Постоянный процесс дришти (концентрации) на «третьем глазе» через оптические нервы таламуса постепенно приводит обыденное сознание к открытию этой области.

По сути, дришти йога используется один центр и связку центров аджна – сахасрара, который вытягивает все астральное тело.

Формы кундалини йоги также задействуют дришти – непрерывное удержание сознания в определённой точке, сопровождая данный процесс контролем дыхания. Удержание объекта происходит на фоне изменения физиологии процесса дыхания. Этот процесс включает интенсивные пранаямы мудры и бандхи.

В йоге методы концентрации и медитации часто содержат «стхана кальпану» – визуализацию процесса движения энергии и представление тонких центров, которые человек начинает чувствовать по мере продвижения в технике. Стхана – установка, удержание. Кальпана – воображение, представление объекта — когда в физическом теле представляются каналы и объекты, раскрытие которых только предстоит. Если практика регулярна, то воображение – кальпана – превращается в дхарану и дхьяну. В случае пранаямы и концентрации это не ментальный, а физиологический процесс.

Другая проблема в том, что для того, чтобы предаться медитации и созерцанию, нужно уже обладать устойчивым умом и пробужденным тонким телом. Условия для успешной медитации, когда техники созерцания по настоящему начинают работать – это ретриты и многочасовые погружения. В обычной жизни мы можем «поддерживать форму» более или менее продолжительными занятиями, но основной опыт предусматривает «погружение в йогу». Не важно при этом, о какой конкретно традиции, линии или практике идет речь.

Хатха йога и работа с физическим телом в известной степени пробуждают тонкие центры и каналы. Но, явно не до такой степени, чтобы полностью выкинуть сознание за пределы «карм ментального тела».

Иногда в процессе практики люди могут неосознанно открывать каналы, которые выбрасывают в мозг образы. В центральном канале существует канал читрини (читра — картина), который отвечает за «мультфильмы сознания» и способность человека их видеть. Сознание может переводить содержание ума в образы и, напротив, облекать образы в ощущения в теле. Обычно это процесс не управляемый никак осознанно. Образы спонтанно формируются умом и передаются в ощущения тела и наоборот. 

Таламус и гипоталамус

Четвёртый желудочек мозга управляет подсознательными функциями, такими, как температура тела, ритмы дыхания и сердцебиения. Его структура представляет собой массу серого вещества. Эта нервная ткань передаёт сигналы от органов и выходит из продолговатого мозга как блуждающий нерв.

Блуждающий нерв управляет несколькими парами нервов — 12, это структура разветвляющихся нервов с основанием в области мозга, 8 из них являются его продолжением.

Дыхательный процесс управляется блуждающим нервом, в котором существуют афферентные (чувствительные) и эфферентные (двигательные) волокна. Эти волокна управляют функциями произвольных и непроизвольных вдохов-выдохов и идут к лёгким (там заканчиваются окончания блуждающего нерва). Остановка выдоха и остановка вдоха также регулируются этими нервными тканями.

Разрастание и сжатие, центробежные и центростремительные процессы, связанные с дыханием, управляются оттуда. Нервные волокна имеют основание в таламусе и полосатом теле, которые представляют собой массу серого вещества, оформленные в 4-й желудочек мозга. Центростремительные нервы таламуса описываются как языки пламени (Агни), так как они несут энергию от внешних впечатлений (в основном, зрительных) к главному сенсомоторному органу – таламусу.

Нижняя часть заднего мозга

В области четвёртого желудочка существует область четверохолмия, которая также побуждается к активности таламусом.

Таламус активирует передний гипофиз, а полосатое тело (corpus striatum) – задний. Гипофиз связан с межбровьем – фокусная точка центра межбровья, которая отвечает за процессы сдерживания эмоциональной активности. Полосатое тело (corpus striatum) и таламус осуществляют связь между физическим и эфирным телами, контролируя гипофиз.

Мозжечок – центр баланса физического тела и ориентации его в пространстве – располагается в области затылка. Мы не всегда можем управлять балансом тела с помощью сознательных усилий. Располагаясь в заднем мозге, мозжечок отвечает за навыки равновесия и ощущения тела в пространстве. Так, получая сигналы через мозг, нервная система автоматически отсылает их к спинномозговому отделу, мгновенно формируя реакцию.

Высшая и индивидуальная воля и интуиция

Инволюция сознания. Все процессы, проходящие в теле, направляются волей и интуицией – двумя аспектами сверхсознательной энергии. Когда в поле неразделённого сознания привносится индивидуализированное восприятие или Эго, высшая воля становится обычным витальным импульсом. Интуитивное и сверхсознательное знание становится частным процессом. Интегральное восприятие становится фрагментарным, делится в своём множестве, так как уже не направляется волей Высшего сознания, включающего в себя все элементы. Целостная картина разбивается на фрагменты, каждый из которых, взятый в ограниченном контексте, может быть противопоставлен другому фрагменту той же реальности.

Из такого разделённого восприятия строятся частные знания. Инструмент Эго раскрывает знание в попытках присвоить себе то, чем не в состоянии управлять. Это интеллектуальный и инстинктивный ум, направляемый разделением. В состоянии такого разделения сознания мы не принадлежим сами себе, нашему истинному Я, а принадлежим ложной идентификации самих себя в форме Эго. Кто мы – мы не знаем, а то, что мы знаем – мы не в состоянии контролировать.

Статья написана по материалам книги Шри Кумара Свами «Техника открытия третьего глаза». Дхарвар, Карнатака, Индия «Technique of opening the third eye». Tapowan, Dharwar, 1985, Karnataka. INDIA

Денис Заенчковский — ведущий преподаватель йоги в России, автор многочисленных обучающих фильмов по йоге, основатель московского Аштанга Йога Центра. Сайт: http://yogadinesh.com

yogajournal.ru

часть вторая – интеллект и представление информации в мозгу / Хабр

Продолжение.

Начало здесь: Нейробиология и искусственный интеллект: часть первая — ликбез, и здесь: Нейробиология и искусственный интеллект: часть полуторная – новости от Blue Brain Project.

Теперь, вооружившись новым знанем, можно порассуждать о том, каким образом транспорт ионов через мембраны приводит к интеллекту и сознанию. Правильного, полного и четкого ответа пока никто дать не может, так что будем рассматривать текущую ситуацию на примерах.

Хочу напомнить, что данная серия статей не претендует на детальное описание всех процессов, вовлеченных в когнитивную деятельность мозга, а является описательной, дабы дать интересующимся представление о принципах работы мозга, интеллекта и сознания.

И как же интеллект связан с деятельностью нейронов?

Рис. 1. Источник: UC Irvine, CA

Что же такое интеллект?

Вики: Интеллект (от лат. intellectus — понимание, познание) — это разум, рассудок, умственные способности: учиться из опыта, приспосабливаться, адаптироваться к новым ситуациям, применять знание, чтобы управлять окружающей средой или мыслить абстрактно (из Encyclopedia Britannica). Общая способность к познанию и решению проблем, которая объединяет все познавательные способности индивида: ощущение, восприятие, память, представление, мышление, воображение (из Словарь методических терминов).

Английская википедия дает сразу списком варианты определения интеллекта различными учеными и группами, среди которых наиболее интересными кажутся следующие: философское: — общая способность индивида к целенаправленному действию, рациональному мышлению и эффективному взаимодействию с окружением (David Wechsler). — целенаправленное адаптивное поведение (Sternberg & Salter). прикладное: — результат процессов сбора, хранения, доступа, комбинирования, сравнения и использования в новых контекстах информации и умений (Lloyd Humphreys). абстрактное: — способность справляться с когнитивной сложностью (Linda Gottfredson). антропоцентрическое: — уникальная склонность человеческих существ изменять структуру их когнитивных функций для лучшей адаптации к меняющимся условиям жизненных ситуаций (Reuven Feuerstein).

Американская ассоциация психологов предлагает следующее определение (которое, по-моему, наиболее часто встречается в статьях): “Индивиды отличаются один от другого в своей способности понимать сложные идеи, эффективно адаптироваться к окружающей среде, учиться из опыта, участвовать в различных формах размышлений, преодолении сложностей путем обдумывания” [1].

Получается, что точного определения нет, а чтобы что-то начать измерять, нужно это что-то детально себе представлять, и уж еще сложнее что-то сделать, у чего нет четкого ТЗ. Поэтому общую проблему интеллекта дробят на подзадачи и уже их пытаются решить, или найти области мозга, ответственные за них. Наиболее распространенный метод изучения функций какой бы то ни было области мозга – найти человека, у которого она не работает (инсульт был или повреждение) и посмотреть чего в его поведении не хватает. Потом результаты множества таких исследований собирают вместе и смотрят, что же получилось. А получается, например, что общий интеллект (general intelligence – такая придуманная мера, основанная на результатах тестирования людей) не сосредоточен в какой-то одной области мозга, а вполне себе распределен по разным областям и соединениям между ними и “зависит от работы всего мозга” [2]. Это, в свою очередь, приводит нас к выводу, что способности мозга зависят от того, насколько мозг может интегрировать разрозненную информацию [2]. Что подтверждает выдвинутую ранее теорию [3] о связи интеллекта со способностью информации “путешествовать” по разным областям мозга (рис. 1). Таким образом, мало иметь возможность управлять вниманием, работать с памятью и языком, надо все это дело эффективно друг на друга завязать.

Однако, остается непонятно, а получится ли сильный ИИ (strong AI – концепция ИИ, аналогичного по способностям человеческому мозгу) если мы возьмем модули памяти, внимания, языка и т.д., и просто соединим их. И как их нужно соединять, чтобы начался тот самый процесс интеграции информации.

А что же есть информация с точки зрения мозга?

Рис. 2 Источник: cidpusa.org

Возьмем, например, глаз. В нем есть сетчатка, на которую проецируется текущее изображение. Сетчатка состоит из светочувствительных клеток (порядка 120 млн штук трубочек/палочек и колбочек), соединенных со зрительным нервом (через несколько слоев других нейронов) интересным способом (рис 2): заметьте, сначала свет должен пробиться через нервные волокна, а потом только зарегистрируется светочувствительными клетками. Из такой организации следует и природа слепого пятна.

А что же передается по зрительному нерву? А по нему уже передаются action potentials (АР), причем в виде серий импульсов. Причем, было замечено, что у большинства клеток есть свет с “любимой” длиной волны, который увеличивает частоту следования АР, в то время как свет другой длины волны – уменьшает частоту. Соответственно, есть клетки, которые любят более длинноволновое излучение, а есть – любящие коротковолновое [4]. Отсюда следует возможность видеть различные цвета (и, собственно, способ их кодировки). Тут стоит еще отметить, что в один нейрон оптического нерва вещают несколько светочувствительных трубочек и/или колбочек с определенной области (receptive field), причем сигналы из центра этой области и с ее периферии, как правило, антогоничны, т.е. если центр возбуждает нейрон, то периферия наоборот глушит. Получается, что в оптическом нерве как бы два информационных “канала”, один из которых отвечает усилением активности на сигналы светлее фона, а другой – на сигналы темнее фона. Такая организация позволяет реагировать не на общий уровень освещения (как в цифровых камерах), а на локальное изменение освещенности, тем самым повышая динамический диапазон (вот почему мы видим в HDR и откуда берут начало зрительные иллюзии, построенные на освещении). На данном этапе только спектральные характеристики пришедшей картинки передаются, никакого анализа геометрии или распознавания образов.

Рис. 3 Зрительный тракт

По зрительному нерву все это богатство передается (рис. 3) через различные структуры мозга аж на самый затылок, где и находится зрительная кора (отсюда, кстати, удорился головой – посыпались звездочки). Что характерно, правая половина поля зрения с обоих глаз передается в левое полушарие, а левая половина поля зрения опять же обоих глаз – в правое, что позволяет в области перекрытия обрабатывать сигналы с обоих глаз в одном месте (рис. 4). Но и это еще не все. Часть нервов уходит в претектум (pretectum), который отвечает за рефлекторное сужение зрачков. Но не будем углубляться в схематику ортических сигналов, в конце концов нас же интересует что сам мозг со всем этим делает, что получается интеллект и продвинутая когнитивная деятельность?

Рис. 4 Зоны зрительного тракта

Так вот, до самого визуального кортекса (striate или visual cortex) информация так и идет, как она вышла из глаза, а вот уже в кортексе начинается что-то похожее на распознование взаимного расположения сигналов. Например, были найдены нейроны, активно отзывающиеся на угол наклона предъявляемого прямоугольника (рис. 5), на его длину, направление смещения и другие простейшие аттрибуты изображения. Причем, организация таких нейронов не случайна, а очень даже последовательна и логична (рис. 6) и составляет, как бы, карту из перемежающихся слоев. В результате получается, что визуальный кортекс состоит из повторяющихся модулей, которые могут оценивать определённую область поля зрения по целому набору свойств. И такая структура может быть найдена практически во всех областях кортекса (не только визуального, но и слухового и сенсорного). Кроме того, существует дополнительное разделение путей от lateral geniculate nucleus (LGN) до визуального кортекса, основанное на двух типах приходящих в LGN нейронов (M ganglion cells и P ganglion cells). Эти два вида нейронов имеют разный размер чувствительной области (у М клеток дендриты длиннее) и скорость передачи информации, в результате чего М клетки реагируют сильнее на быстрые стимулы, а Р клетки – на медленные, плюс к этому Р клетки могут передавать информацию о цвете, а М – нет. Значение этих двух путей таково: повреждение М клеток приводит к уменьшению способности реагировать на быстрое изменение ситуации не затрагивая при этом способность видеть в цвете, в то время как повреждения Р клеток существенно влияют на качество зрения, но не влияют на реакцию на быстрые раздражители. Есть еще третий путь – через К клетки, которые в основном передают информацию о коротковолновых стимулах, но про его роль известно меньше.

Рис. 5. Отклик нейронов в визуальном кортексе в зависимости от наклона изображения.

Рис. 6. Пространственная организация нейронов в визуальном кортексе, откликающихся на определнные стимулы.

Далее информация поступает в следующие области визуального кортекса (рис. 7), где происходит по-зонная частичная реорганизация и интеграция полученых сведений: например в зоне V4 нейроны откликаются на цвет независимо от движения или направления, а в зоне МТ (middle temporal area) – наоборт, нейроны откликаются исключительно на направление движение края объекта, независимо от его цвета.

Рис. 7. Зоны визуального кортекса.

Повреждения в таких областях приводят к специфическим ощущениям у пациентов. Например, повреждение в зоне МТ приводит к “двигательной слепоте” – невозможности видеть движение: пациент описывал текущий из чайника чай, как замороженый. То есть нейроны до МТ вполне себе обрабатывают полное изображение и человек, вообще говоря, видит все поле зрения, но интеграции двигательной информации в общую картину не происходит и она теряется из сознательного восприятия. Интересный момент в том, что бессознательно такая информация может таки обрабатываться. Известны случаи, когда из-за инсульта в высокоуровневых зонах визуального кортекса человек фактически слеп, но при этом двигаясь по комнате он довольно успешно обходил предметы. Это случалось потому, что хоть пути к сознательной обработке информации были повреждены, связи между моторной и визуальной областями затронуты не были и рефлекторно человек принимал правильные решения, хотя сам объяснить их не мог.

Вот таким замысловатым образом информация достигает мозга и обрабатывается им. И вопросов тут, конечно, больше чем ответов, но, надеюсь, мне удалось хоть немного пролить свет на работу мозга и принципы обработки и интеграции информации.

UPD: забыл ссылки

[1] Intelligence: Knowns and unknowns, Neisser et al., American Psychologist, 1996, 51(2), 77–101.

[2] Distributed neural system for general intelligence revealed by lesion mapping, Glascher et al., PNAS, 2010, 107:10, 4705-4709.

[3] The Parieto-Frontal Integration Theory (P-FIT) of intelligence: Converging neuroimaging evidence, Jung et al., Behavioral and Brain Sciences, 2007, 30, 135-187.

[4] Neural mechanisms of colour vision, De Valois et al., Comprehensive Physiology, 2011, 425-456.

habr.com

Оптические процессы мозга - Med24info.com

Глаза связаны непосредственно с мозгом. Сетчатка глаза воспринимает отражающиеся предметы окружающей среды и является внешней частью мозга. Эта «внешняя служба» передает информацию по оптическому нерву непосредственно в оптический центр мозга. Как известно из анатомии, мозг расположен в черепной коробке, благодаря которой надежно защищен от внешнего негативного влияния. Мозг весит примерно 1300—1500 г и обладает беловато-сероватым оттенком. Он состоит из массы нервов. Мозг отчетливо разделен посередине на правое и левое полушария. Самую большую часть нашего мозга занимает головной мозг, который расположен над другими частями мозга. Его поверхность составляет так называемая кора головного мозга, которая имеет глубокие борозлы и извилины.

Только в течение последних 100 лег стало известно, что в коре головного мозга имеются различные области, от- вечаюишс за определенные человеческие способности. Здесь расположены, например, центры, отвечающие за слух, обоняние, зрение, ощущения тела, настроения... Сегодня уже относительно точно известно, как функционируют отдельные центры мозга и как осуществляется передача информации по нервным путям.

Оптический центр мозга

Как вы видите на иллюстрации, нервные оптические пути заканчиваются в оптических центрах обоих полушарий мозга. Они расположены в задней части головы. Интересно, что часть этих нервов соответственно скрещивается и связывает таким образом левый глаз с правой половиной мозга и наоборот.

В оптическом центре с невероятно большой скоростью происходит обмен и передача информации. Хотелось бы описать этот процесс более точно, чтобы у вас сложилось представление о том, как именно происходит передача визуальных данных мозгу.

Путь информации о внешнем оптическом раздражителе начинается с того, что информация попадает в нервную систему, а происходит это следующим образом: «палочки» и «колбочки» сетчатки преобразуют свет в нейронный сигнал и передают его дальше по интернеи- ронам. которые, со своей стороны, связаны с нервными клетками сетчатки. Их нервные волокна (аксионы) тянутся в качество оптического нерва к радиорелейной станции мозга. Затем визуальная информация передается нервным специальным клеткам, которые расположены в разделах каждого полушария головного мозга, отвечающих за восприятие и осознание зрительной информации.

www.med24info.com

Мозговые интерфейсы | VE Group, Виртуальная реальность

Для того, чтобы при помощи одной только ментальной энергии поднять стакан на несколько футов, волшебникам приходилось тренироваться по несколько часов в день. Иначе принцип рычага легко мог выдавить мозг через уши.

Терри Пратчетт, «Цвет Волшебства»

Очевидно, венцом человеко-машинного интерфейса должна стать возможность управления машиной одним только усилием мысли. А получение данных прямо в мозг — это уже вершина того, чего может достичь виртуальная реальность. Идея эта не нова и уже много лет фигурирует в самой разнообразной фантастической литературе. Тут и практически все киберпанки с прямым подключением к кибердекам и биософтами. И управление любой техникой посредством стандартного мозгового разъема (например, у Сэмюэля Дэлани в романе «Нова»), и масса всяких других интересных вещей. Но фантастика — это хорошо, а что делается в реальном мире?

Оказывается, разработка мозговых интерфейсов (BCI или BMI — brain-computer interface и brain-machine interface) идет полным ходом, хотя об этом мало кто знает. Конечно, успехи весьма далеки от того, про что пишут в фантастических романах, но, тем не менее, они вполне заметны. Сейчас работы над мозговыми и нервными интерфейсами, в основном, ведутся в рамках создания различных протезов и устройств для облегчения жизни частично или полностью парализованным людям. Все проекты можно условно поделить на интерфейсы для ввода (восстановление или замена поврежденных органов чувств) и вывода (управление протезами и другими устройствами). Над двунаправленными системами взаимодействия с мозгом, насколько я знаю, не работает пока никто. Еще один важный критерий, по которому можно разделить существующие разработки, — степень травматичности, то бишь, необходимость хирургического вмешательства. Во всех случаях прямого ввода данных необходимо производить операцию по вживлению в мозг или нервы электродов. В случае вывода можно обойтись внешними датчиками для съема электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Впрочем, ЭЭГ — инструмент достаточно ненадежный, поскольку череп сильно ослабляет мозговые токи и получить можно только очень сильно обобщенную информацию. В случае вживления электродов можно снимать данные непосредственно с нужных мозговых центров (например, двигательных). Но такая операция — дело нешуточное, так что пока эксперименты ведутся только на животных. Однако, перейдем к живым примерам.

Ввод

Сначала поговорим о вводе информации. Уже достаточно давно созданы и используются такие устройства, как слуховые имплантанты (cochlear implant, также известный как улитковый имплантант), предназначенные для восстановления слуха у людей с частично поврежденным слуховым нервом (то есть для тех, кому обычный слуховой аппарат уже не поможет). Действует это устройство следующим образом — во внутреннее ухо вживляется массив электродов (до нескольких десятков штук), которые электрическими импульсами раздражают уцелевшую часть слухового нерва и таким образом создают в мозгу ощущение звука. Коробочка с электроникой, генерирующей эти импульсы, вживляется в черепную кость за ухом. Сигналы на нее подаются с микрофона и специального речевого процессора через индукционную катушку.

uho

Схема установки слухового имплантантаУстройство, конечно, не полностью восстанавливает слух, но большинство прооперированных начинают воспринимать на слух речь и слышать окружающие звуки. Некоторые даже могут свободно говорить по телефону и слушать музыку.

Первые эксперименты по воздействию на слуховой нерв электрическими импульсами с целью восстановления слуха проводились еще в 50-х годах. В 70-х начали делать первые пробные операции по вживлению слуховых имплантантов, а в начале 80-х появились первые коммерческие устройства, и операции по их вживлению превратились из экспериментальных во вполне рутинные. Сейчас разработка и производство слуховых имплантантов уже стали самостоятельной частью медицинского бизнеса и занимается этим несколько десятков различных фирм. Так что эту технологию можно считать вполне сформировавшейся.

Более сложную задачу представляет собой ввод в мозг зрительной информации и создание зрительных протезов. В первую очередь, это связано со значительно более сложной организацией зрительных центров, по сравнению со, скажем, слуховыми. Как выяснилось, для передачи более-менее правдоподобного звукового ощущения достаточно использовать порядка 20-30 каналов одновременно (причем, большее влияние на качество звука оказывает даже не количество каналов, а правильное расположение соответствующих электродов). А сколько каналов надо, чтобы передать хотя бы примитивную картинку в VGA-разрешении — 320×240 получается 76 тысяч пикселов, и вживить такой массив электродов в мозг пока просто нереально. Но работы ведутся. В частности, Добеллевским институтом (Dobelle Institute, www.dobelle.com) еще с 70-х годов разрабатывается система искусственного зрения Artificial Vision System, предназначенная для восстановления зрения у слепых. Система эта представляет собой миниатюрную видеокамеру, закрепленную на оправе очков.

glaz_mozg

Сигнал с камеры обрабатывается портативным компьютером и передается на разъем, вмонтированный в задней части черепа пациента.

Оттуда он, при помощи имплантированных электродов, поступает непосредственно в область мозга, отвечающую за зрение (visual cortex). Конечно, о полном восстановлении зрения речь не идет — пациенты видят только что-то вроде белых точек, очерчивающих предметы (так называемые phosphenes). Однако, научившись интерпретировать даже такую неполную визуальную информацию, некоторые из них уже могут свободно перемещаться по помещению и даже медленно водить машину (правда, только на территории института). Скорость обновления кадров составляет от 1 до 5 в секунду. Операция уже проводится коммерчески и оценивается примерно в $120K. Надо сказать, что данная технология позволяет вернуть зрение только людям, потерявшим его в результате несчастных случаев — то есть тех, кто уже «умел видеть» раньше.

Первая имплантация такого зрительного протеза была проведена еще в 1978 году, однако это была, скорее, проверка идеи на практике (компьютер, обрабатывающий изображение, тогда занимал почти целую комнату и ни о какой мобильности речь даже не шла, да и картинка состояла всего из нескольких точек). В 2000 году была произведена имплантация улучшенной системы другому пациенту — в этом случае массив электродов позволял формировать порядка 60 точек, что значительно улучшило картинку. В последних операциях, проведенных в Dobelle Institute в 2002-2003 годах, использовались два массива электродов (242 электрода в каждом), имплантированных в оба полушария мозга. Такая система уже позволяет получить картинку, состоящую из нескольких сотен пикселов (предположительно, матрицу 15 на 15). Вообще же считается, что для создания более-менее приличной зрительной картины необходимо хотя бы порядка 1000 пикселов (то есть матрица 30 на 30) и не меньшее количество электродов. Насколько это возможно, покажет время. Но у такой системы есть один несомненный плюс — к ней можно подключить не только простую камеру, но и инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую… Насколько при этом расширятся возможности зрения, трудно даже представить.

Впрочем, Dobelle Institute — не единственное место, где пытаются вводить в мозг визуальную информацию. Порядка десяти других крупных исследовательских групп разрабатывают более-менее аналогичные технологии. Познакомиться с их списком и достижениями можно по адресам www.bioen.utah.edu/cni, www.biomed.brown.edu/Courses/BI108/ BI108_1999_Groups/Vision_Team/Vision.htm. Основные различия заключаются в типе имплантируемых электродов. В случае Dobelle Institute электроды просто накладывались на поверхность мозга и для стимуляции необходимо было подавать достаточно высокие напряжения (порядка 10 вольт, ток несколько миллиампер), что могло спровоцировать припадки наподобие эпилептических. Разрабатываемое, например, в университете Юты устройство должно проникать в мозг на глубину нескольких миллиметров. При этом необходимая сила тока падает до десятков микроампер. Но тут уже возникают трудности с созданием подходящих массивов проникающих электродов и их имплантацией.

Другие возможные способы ввода визуальной информации в мозг — через стимуляцию зрительного нерва или сетчатки. Первым способом особых результатов пока добиться не удалось. Группа ученых из бельгийского University catholique de Louvain имплантировала добровольцу электроды, стимулирующие зрительный нерв, и подтвердила возможность генерировать с его помощью все те же светящиеся точки (phosphenes). Однако управлять изображением им не удалось. С сетчаточными имплантантами дело обстоит лучше. Вот два, пожалуй, самых известных проекта.

В 2000 году группа из университета Иллинойса (University of Illinois) и Чикагского медицинского центра (Chicago Medical Center) провела первую операцию по вживлению в глаза пациентов микросхем искусственной сетчатки. Собственно говоря, искусственная сетчатка — это слишком громко сказано. Пока что группа, состоящая из доктора Алана Чоу (Alan Chow), Голама Пеймана (Gholam Peyman) и Хосе Пулидо (Jose Pulido), имплантировала под сетчатку пациентов (больных retinitis pigmentosa, вызывающей потерю фоточувствительных клеток сетчатки и, как следствие, практически полную потерю зрения) кремниевую микросхему (диаметр около 2.5 миллиметров, толщина 0.002 мм), содержащую порядка 3500 фоточувствительных ячеек (наподобие солнечной батареи). Надо заметить, что имплантант не требует внешнего питания или сигналов, так как электрические импульсы вырабатываются им самим под воздействием попавшего в глаз света (как и в естественных фоторецепторах). Имплантант также не подключается к глазному нерву, а должен стимулировать собственную сетчатку пациента (фактически, только заменять отмершие фоторецепторы). Исследовательская группа вскоре преобразовалась в фирму Optobionics (www.optobionics.com), занимается дальнейшей разработкой своей искусственной сетчатки (она так и называется — Artificial Silicon Retina) и провела операции по ее вживлению 10 пациентам. У всех прооперированных резко улучшилось зрение и не наблюдается никаких побочных последствий вроде инфекций или отторжения имплантанта.

Более интересные проекты разрабатываются в Университете Джона Хопкинса, в MIT, в Гарварде, а также компанией Second Sight (www.2-sight.com) и еще несколькими институтами. Все эти организации работают над созданием так называемого epi-retinal имплантанта, который должен находиться непосредственно на поверхности сетчатки. В остальном, принцип действия очень похож на Artificial Silicon Retina. Массив электродов точно так же стимулирует клетки сетчатки, создавая таким образом изображение. Правда, дальше начинаются отличия. Исходная картинка во всех этих проектах регистрируется внешней видеокамерой, затем обрабатывается компьютером и потом передается на имплантант. Передача во всех случаях предусматривается беспроводная — либо засветка фотодиодов лазером (лазер при этом должен находиться непосредственно перед глазом, например, в очках), либо по радио.

retins

Вот так должен работать сетчаточный имплантант Second SightПока что был испытан только прототип разработки Second Sight. Он представлял собой микросхему размером 5х5 мм, содержащую массив из 16 электродов. Данные на устройство передавались с имплантированного в череп за ухом приемника. Получивший такой имплант доброволец действительно смог видеть световые точки и даже различать отдельные статические предметы — так что опыт оказался вполне успешным. Но об имплантировании устройств высокого разрешения речь пока не идет. И все же, возможно, «цейсовские глаза» не так уж далеки от реальности.

Это были, как я уже сказал, наиболее интересные проекты по вводу информации в человеческий мозг. А в следующий раз поговорим о том, как можно вывести информацию из мозга и использовать ее для управления различными устройствами.

Итак, как же можно управлять компьютером исключительно силой мысли? Оказывается, очень даже легко. Собственно, проблемой управления внешними устройствами при помощи одного только мозга начали заниматься очень давно. Еще в 1967 Эдмонд Деван (Edmond Dewan) проводил эксперименты по считыванию управляющих сигналов с мозга с помощью электроэнцефалографа. Испытуемые научились до определенной степени контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма и таким образом передавали отдельные буквы при помощи азбуки Морзе. Первым словом, переданным таким образом на телетайп, было слово «кибернетика». Определенно, назвать мозговым или нервным интерфейсом созданное Деваном устройство нельзя, но оно продемонстрировало возможность осмысленного управления внешним устройством при помощи одной только мысли. Вскоре после этого, в 70-х годах, американское оборонное агентство DARPA (известный рассадник новых технологий) начало исследования по применению техники мысленного контроля для управления боевыми самолетами. Речь тут шла даже не об управлении, а о мониторинге ментального состояния пилота и подстройке самолета под это состояние. Однако через некоторое время работа была остановлена, поскольку тогдашняя электроника не позволяла достичь сколько-нибудь приемлемого практического результата.

Вывод

А теперь посмотрим, насколько успешно удается выводить мозговые сигналы «наружу» и целенаправленно использовать их для управления техникой. Самая, пожалуй, свежая новость на этом фронте — эксперименты с обезьянами в Университете Дьюка (Duke University). Суть экспериментов такая — в двигательные центры мозга обезьяны были вживлены электроды (около 100), регистрирующие его активность. Затем обезьянам была задана относительно простая задачка: при помощи джойстика навести на экране компьютера курсор на заданную точку и потом, сжимая джойстик (он был оборудован датчиком давления), увеличить курсор до заданного размера. Все мозговые импульсы во время выполнения этих заданий записывались и анализировались. За удачное выполнение задания обезьяну награждали глотком вкусного сока. А затем началось самое интересное — джойстик отключили, а передвижения курсора управлялись только мозгом обезьяны. Причем через некоторое время обезьяна это поняла и перестала обращать внимание на джойстик и вообще пользоваться рукой. Курсор она при этом наводила вполне успешно.

Этот эксперимент проводился еще в 2000 году. Основной его целью было сопоставить мозговые сигналы видимым движениям руки и суметь затем точно интерпретировать одну только мозговую активность в предполагаемое движение (причем, в реальном режиме времени). Сейчас эта работа получила свое логическое продолжение. Между компьютером, обрабатывающим мозговые сигналы, и дисплеем была включена механическая рука-манипулятор. Таким образом, обезьяна управляла манипулятором, который затем управлял курсором. Этот опыт прошел вполне успешно, причем обезьяна довольно быстро приспособилась к запаздыванию, которое вызывала инерция руки, и практически стала воспринимать механизм как продолжение своего тела. Ознакомиться с результатами этого исследования можно по адресу www.plosbiology.org/pips/plbi-01-02-carmena.pdf.

Кстати, аналогичный эксперимент с человеком был проведен еще в 1997 году в Университете Элмори. Там имплантировали электроды в двигательные центры нескольких полностью парализованных пациентов (в том числе потерявших способность говорить). Пациенты со временем научились передвигать курсор по экрану компьютера и таким образом общаться с врачами (например, выбирая на экране одну из простых фраз). Имплантант передавал информацию по радио, а питание получал через индукционную катушку прямо через череп — то есть никаких разъемов и проводов. Почитать об этом проекте можно здесь: www.emory.edu/WHSC/HSNEWS/releases/feb99/022399brain.html.

Однако, несмотря на успехи вышеописанной методики, большинство других исследователей все-таки предпочитает не влезать в голову пациенту до такой степени. Поэтому для считывания сигналов, в основном, используется электроэнцефалограмма с последующей обработкой. Например, исследователи из Швейцарского института Dalle Molle и испанского Центра биомедицинских исследований создали прототип кресла-каталки, управляемого силой мысли. Прототип представляет собой колесный робот, связанный с оператором посредством шапочки с электродами и обрабатывающий сигналы компьютера. Для управления используются сигналы электрической активности мозга (аналогично электроэнцефалограмме), так что никакого хирургического вмешательства и вживления электродов не требуется. Как выяснилось, за пару дней операторы научились генерировать вполне стабильные «состояния ума», четко распознаваемые системой и интерпретируемые роботом как команды «вперед», «влево» и «вправо».

Имеется и масса других аналогичных разработок, благо, для работы с энцефалограммами не требуются сложные операции на мозге. Правда, и сложность интерпретации сигналов заметно выше. Кстати, ежегодно даже проводится конкурс на наиболее работоспособный алгоритм обработки ЭЭГ на предмет выделения из нее требуемой информации. Почитать о нем можно здесь: ida.first.fhg.de/~blanker/competition.

Еще один интересный пример применения ЭЭГ продемонстрирован в институте биомедицинской инженерии в Граце (www-dpmi.tu-graz.ac.at). Там «чтение мыслей» при помощи ЭЭГ совместили с электростимуляцией мышц. В результате парализованный пациент смог до определенной степени восстановить контроль над своей рукой.

Пару слов насчет электростимуляции. Как известно, лапка лягушки сокращается под действием электрического тока. А если этот ток подавать с умом, то можно вызывать вполне контролируемый отклик мышц, до некоторой степени симулирующий их естественную работу.

Впрочем, использование ЭГГ уже давно вышло из чисто исследовательской стадии. Сейчас на рынке имеются, как минимум, три коммерческих устройства, позволяющих сопрягать энцефалограф и компьютер. Первой такую штуку под названием Interactive Brainwave Visual Analyser начала выпускать фирма IBVA (www.ibva.com) еще в 1991 году. Устройство предназначалось, в первую очередь, для людей творческих, поэтому сопутствующий софт был, в основном, сосредоточен на манипуляциях с графикой и звуком (сигналы можно было выводить в формате MIDI). Впрочем, можно было применять это устройство и для управления компьютером (хотя на это создатели, похоже, как раз не упирали) и для всяких достаточно нетривиальных вещей вроде технологий быстрого обучения (чтобы отслеживать состояние мозга в процессе и не терять концентрации) или решения конфликтов (сила воли вместо банального мордобоя).

Несколько позже появилось еще одно похожее устройство ввода, которое я опишу подробнее (поскольку все разработки очень похожи друг на друга и по устройству, и по способу функционирования). Итак, компания Brain Actuated Technologies (www.brainfingers.com) выпустила на рынок девайс под названием Cyberlink Interface. Cyberlink Interface берет управляющие сигналы с трех датчиков, размещенных на лбу пользователя (на модной головной повязке, как и у IBVA). Лоб выбран потому, что с кожи хорошо снимать биопотенциалы, вызванные работой мозга и связанной с ней активностью лицевых мышц. Всего таких сигналов снимается 14 — десять непрерывных (похожих на получаемые при электроэнцефалографии) и четыре дискретных (отслеживаются движения глаз влево/вправо и мускульная активность лица). Соответственно, можно получить вполне приличный набор средств управления курсором и подачи команд (настройку можно произвести на уровне драйвера, аналогичного драйверу мыши в Windows). С датчиков сигналы попадают в управляющий блок, где разделяются по частотам, обрабатываются DSP, и затем уже выделенные сигналы передаются по последовательному порту в компьютер, где интерпретируются драйвером. Представители фирмы утверждают, что во время испытаний люди, знакомые с таким интерфейсом, могли меньше чем за 4 секунды точно навести курсор на случайным образом появляющийся на экране квадрат размером 32х32 пиксела. Не мышь, конечно, но тоже неплохо. А вот скорость реакции в задачах, требующих нажатия кнопки мыши, у пользователей Cyberlink на 15% превосходила обычных «мышинистов». Предназначено это устройство, как видите, в первую очередь, для управления компьютером в качестве устройства ввода и нацелено на тех, кто не может работать с компьютером нормально. Стоит это устройство около $2000.

Итого, что же мы имеем. Технология прямого взаимодействия с компьютером пока что находится практически в зачаточном состоянии, однако активно развивается. Хотелось бы надеяться, что это развитие приведет к ощутимым результатам в ближайшие 10-20 лет. Тем более, что предпосылки для этого есть. Проблемы с обработкой сигналов более-менее решились с появлением мощных компьютеров. Миниатюризация электроники и развитие беспроводных интерфейсов вполне способны решить и проблемы с мобильностью таких устройств. Есть надежда, что успехи нанотехнологий и микромеханических устройств, наконец, позволят создать совершенно новое поколение электродов и технологий имплантации (например, самособирающиеся прямо в мозгу датчики). А там уже недалеко и до настоящих киборогов.

Константин АФАНАСЬЕВ по материалам журнала Новые технологии, №49,50, 2003 год

ve-group.ru

Общие сведения о нервной системе

Нервная система контролирует и коррелирует основные функции тела и его поведение. Она состоит из двух главных частей: центральной нервной системы, включающей в себя головной и спинной мозг, и периферической нервной системы, в которую входят черепно-мозговые нервы, спинномозговые нервы и нервы автономной (непроизвольной) нервной системы. Тело контролирует себя и окружающую действительность с помощью рецепторов. Это нервные окончания, которые реагируют на определенные раздражители.

Изменения внутри тела регистрируются внутренними проприоирпторами и иитероцепторами. Раздражители, находящиеся вне тела, заставляют реагировать внешние рецепторы, называемые экстероцепторами. Они находятся в коже, глазах, носу, на языке и в ушах. Они отмечают изменения при контактах (прикосновении), давление, боль, жару, холод, свет, запах, вкус и звук. Вместе эти рецепторы образуют систему органов чувств.

mozg32.pngНервная система Головной и спинной мозг соединены с телом  человека посредством огромной сети нервов. Нейроны — это нервные клетки. Они состоят из тела клетки, аксона и разветвленных дендритов. Нервная система - это сеть нейронов, которые передают сигналы в форме электрических импульсов. Эти импульсы порождаются электрохимическим путем благодаря движению ионов (заряженных частиц) по мембранам. Импульсы начинаются в синапсах (соединениях) между аксоном одной клетки и дендритами другой. Структура дендритов разделяет нейроны на три типа: однополярные, биполярные и мультиполярные. Пучки, или волокна, сенсорных (называемых также центростремительными) нейронов передают сигналы от однополярных или биполярных рецепторных нейронов к центральной нервной системе. Отсюда моторные (то есть двигательные, называемые также центробежными) нейроны передают импульсы мышцам.

Головой мозг — это придаток спинного мозга, защищенный черепом. У мозга три главные области — это ромбовидный, средний и передний мозг. Ромбовидный мозг состоит из продолговатого мозга, варолиева моста и мозжечка. Ромбовидный мозг контролирует дыхание и координацию мышц, а также регулирует другие важные для жизнедеятельности человека процессы. Средний мозг выполняет функцию ретрансляционной станции. Передний мозг, состоящий из промежуточного (между спинным и головным мозгом) и конечного мозга, является частью, отвечающей за высшие умственные процессы, например мышление, язык, сознание. Спинной мозг идет от головного мозга внутри позвоночного столба, немного выступая в тех местах, где пары спинномозговых нервов отходят к другим органам. Его основной функцией является передача нервных импульсов к и от головного мозга, а также обработка основной сенсорной информации и порождение соответствующих двигательных импульсов без обращения к головному мозгу. Такие движения называются рефлексами. Некоторые черепно-мозговые нервы обслуживают лицевые, горловые и грудные мышцы; другие контролируют органы чувств, например глаза, уши и язык. Блуждающий нерв связан напрямую с сердцем.

mozg33.pngЭндокринная система Железы синтезируют химические вещества, называемые гормонами, которые регулируют некоторые из функций тела и его развитие. Спинномозговые нервы - это 61 нерв, отходящий от спинного мозга. В порядке сверху вниз они группируются следующим образом: шейные, грудные, поясничные, крестцовые и копчиковый.

Автономная нервная система — это система нейронов, которая контролирует непроизвольные процессы в теле, например пищеварение и движение. Симпатическая подсистема увеличивает мышечную активность, а парасимпатическая система, наоборот, успокаивает тело.

ОРГАНЫ ЧУВСТВ

Кожа. Покрытие человеческого тела имеет тонкий внешний слой (эпидермис) и более толстый, лежащий под ним слой дермы (собственно кожи), который находится над подкожным жиром. В коже находятся механорецепторы, которые чувствительны к различного вида прикосновениям, включая прикосновения света, к давлению и вибрациям, а также терморецепторы, чувствительные к температуре. Ногти, волосы, потовые и сальные железы являются кожными придатками.

Глаза. Каждое глазное яблоко находится в глазной впадине (глазнице) на передней части черепа. Лучи света проходят в глаз через роговицу (прозрачную область белочной части глаза — склеры), которая выполняет основную функцию фокусировки, то есть сведения вместе лучей света для формирования изображения. Затем лучи проходят через переднюю камеру глаза и зрачок (центральное отверстие радужной оболочки) перед дальнейшей тонкой фокусировкой хрусталиком глаза (иногда называемым просто хрусталиком).

Сфокусированные лучи формируют изображение на сетчатке на задней стенке глаза, где они превращаются в электрические импульсы с помощью клеток фоторецепто ров (палочек и колбочек). Затем эти импульсы передаются через зрительный нерв в кору полушария большого мозга для дальнейшей обработки.

Нос. Химиорецепторы в двух обонятельных мембранах - по одной в верхней части каждой носовой полости — регистрируют молекулы запаха. Они посылают нервные импульсы к обонятельным луковицам, связанным с лимбической системой мозга.

Язык. Химиорецепторы, расположенные на бугорках (сосочках) языка (а также на небе, в гортани и ноздрях) регистрируют различные вкусовые ощущения; этот процесс похож на процесс улавливания запахов. Нервные клетки передают эти вкусовые импульсы к таламусу (зрительному бугру) и коре головного мозга.

Уши. Звуковые волны, достигнув уха, проходят через ушную раковину (внешнее ухо), внешний слухоюй канал (ушной) в среднее ухо. Волны, вибрируя, отражаются от барабанной перепонки и слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремечко), которые возбуждают жидкость во внутреннем ухе, где базилярная мембрана заставляет вибрировать кортиев орган. Отсюда нервные импульсы поступают в кору головного мозга. Вестибулярная система внутреннего уха контролирует положение головы и равновесие.

  И.А. Борисова

medbe.ru


Смотрите также