V. Информация и нервная система

1. Преобразование сообщений в нервной системе

Основной чертой живой материи является ее способность к раздражимости, что дает возможность приспособления организма к условиям среды. У животных с нервной системой носителем этой раздражимости является прежде всего нервная ткань, которая, кроме того, способна проводить возбуждение и сохранять его действие в виде следов. Организм стремится сохранить себя в состоянии внутреннего равновесия, внутренней стабильности, сохранить свою качественную отличительность от среды, непрерывно нарушающей это равновесие. Организм постоянно циклически восстанавливает свое равновесие. Все биологические функции организма направлены на сохранение равновесия организма, на сохранение его упорядоченности. Подача пищи обеспечивает химическое равновесие организма, подача жидкости - осмотическое равновесие, подача кислорода - ионное равновесие. Это равновесие обслуживается прежде всего нервной системой. Одним из первых охарактеризовал жизнь как сохранение равновесия И. П. Павлов: "Возьмем сложное химическое тело. Это тело может существовать как таковое лишь благодаря уравновешиванию отдельных атомов и групп их между собой и всего их комплекса с окружающими условиями.

Совершенно так же грандиозная сложность высших, как и низших организмов остается существовать как целое только до тех пор, пока все ее составляющее тонко и точно связано, уравновешено между собою и окружающими условиями.

Анализ этого уравновешивания системы и составляет первейшую задачу и цель физиологического исследования как чисто объективного исследования...¹"

¹ (И. П. Павлов, Полн. собр. соч., М., 1951, стр. 25 - 26.)

"...Только идя путем объективных исследований, мы постепенно дойдем до полного анализа того беспредельного приспособления во всем его объеме, которое составляет жизнь на земле. Движение растений к свету и отыскивание истины путем математического анализа - не есть ли в сущности явления одного и того же рода? Не есть ли это последние звенья почти бесконечной цепи приспособлений, осуществляемых во "сем живом мире?

Мы можем анализировать приспособление в его простейших формах, опираясь на объективные факты. Какое основание менять этот прием при изучении приспособлений высшего порядка¹!"

¹ (Там же, стр. 38.)

В процессе сохранения внутреннего равновесия организма и равновесия со средой организм сохраняет более высокий тип упорядоченности, чем имеющийся у среды. Существом жизни и является способность сохранить различия в уровнях упорядоченности (разнообразия) между организмом и средой. Организм сам является системой в высшей степени неустойчивой, сохраняющей свою устойчивость путем непрерывной циклической дыхательной деятельности, кровообращения, обмена веществ, сна и бодрствования, и если иметь в виду сохранение вида, то тут речь идет о циклах жизни и смерти при чередовании поколений. Непрерывной проточной системой, как называет биологическую систему биолог Берталанфи, является не только отдельное животное, но и вид животных. Диалектическое единство неустойчивости и устойчивости выше всего у нервной ткани, наиболее чувствительной к импульсам и помехам, лучше всего реагирующей, но также легче всего и разлагающейся при недостатке питательных веществ, и особенно кислорода. Именно эта ткань является основным хранителем различий между организмом и средой, хранителем самобытности и упорядоченности организма и даже носителем его развития, хранителем его растущей опытности, важнейшие компоненты которой преобразуются в наследственное вещество, которое можно считать самой общей формой памяти вида животных.

Наряду с выполнением задач обеспечения и регулирования функции обмена веществ нервная система дает организму информацию о среде, в которой находятся потребные организму вещества, но она (нервная система) представляет собой и ряд опасностей для организма. Согласно И. П. Павлову, элементарной формой уравновешивания организма со средой является нервный рефлекс, нервная связь, имеющая три части - центростремительную, центральную и центробежную. Особо важную роль для совершенствования биологической функции уравновешивания имеют временные связи - условные рефлексы, вызываемые условными стимулами, сигналами безусловных стимулов. Сигнализационная деятельность выполняется нервными анализаторами, которые сортируют, разлагают и соединяют внешние стимулы, приносят и обрабатывают для организма информацию о среде. Ощущения - это раздражения нервных анализаторов, обработанные и осознанные корой головного мозга. Сигналы дают организму возможность ориентироваться в среде, приспосабливаться и уравновешиваться. Условный рефлекс представляет собой сокращенные и более быстрые связи, сигнальная деятельность дает организму экономию времени и энергии. Сигналы, сокращенные, быстрые и упрощенные, воспроизводят для организма внешнюю реальность, создают ее модель. Еще более гибкое созидание временных связей возможно благодаря наличию второй сигнальной системы, состоящей из сигналов - из словесных понятий, обобщающих восприятия и отражающих существенные свойства объективной реальности в весьма экономичном коде. Эта система выполняет более точный анализ и синтез, чем первая сигнальная система, она осуществляет сложные комбинации соединений, уточняет и совершенствует не только представление о реальности, но и поведение организма относительно этой реальности.

В создании нервной системой картины объективной реальности участвуют все уровни деятельности этой системы, начиная от работы отдельных нейронов и до высшей нервной деятельности. При этом процессе нервная система осуществляет сложные ограничения разнообразия. Подобно тому как поток сообщений в процессе гносеологической коммуникации объекта и субъекта не может существовать при равенстве уровней разнообразия объекта и субъекта, так и процессы отражения мозгом и процессы сознания не могут обойтись без определенного редуцирования всего разнообразия в мозге без различия в уровнях разнообразия внутри мозга.

Ограничение разнообразия при аналитико-синтетической деятельности мозга производится путем усиления различий в уровнях возбудимости. Хотя это звучит парадоксально, но максимальное разнообразие означало бы, собственно говоря, минимальное разнообразие, так как тогда процессы возбуждения и торможения были бы равномерно распределены по всему мозгу, то есть все клетки мозга имели бы одинаковую степень стационарного раздражения. Поэтому при процессе раздражения производится выбор в первую очередь из огромной массы внешних импульсов, некоторые из которых оцениваются при этом как важные, существенные, более сильные, а другие - как не имеющие большого значения, как слабые. Таким образом, редуцируется разнообразие этих импульсов и объективная реальность дифференцируется тем, что некоторые ее черты и процессы оцениваются особенно высоко. Аналогичная дифференциация происходит в мозгу, где некоторые процессы возбуждения ослабляются и тормозятся, тогда как другие, наоборот, усиливаются. Итак, мозг, собственно говоря, выполняет функцию, аналогичную функции демона Максвелла: он сортирует процессы на более сильные и более слабые, пропускает через порог сознания только более сильные процессы, тогда как более слабые он подавляет или же использует энергию их раздражения для усиления более сильных процессов. Так происходит уже в процессе наблюдения, когда усиливается контраст между наблюдаемой формой, находящейся в центре внимания, и между слабее наблюдаемым, неразграниченным фоном. Этими процессами ограничения разнообразия оцениваются и усиливаются некоторые регулярности, закономерности объектов, и эти закономерности фиксируются в наших представлениях, в нашей информации об объектах, в наших идеях. Код нашего мозга определенным образом преобразовывает регулярности, закономерности внешнего мира в регулярности наших представлений, не вполне соответствующих регулярностям, закономерностям этого внешнего мира.

Основой процесса познания является существование различий в регулярности и упорядоченности объекта и субъекта, среды и организма. Организм как открытая система сохраняет свою упорядоченность путем непрерывного динамического достижения равновесия, чему служит и получение информации. Основной характерной чертой живой материи является ее способность раздражаться, способность, необходимая для выполнения этой функции выравнивания и уравновешивания. Раздражимость можно рассматривать как способность организма реагировать на изменения внешней среды изменением его жизненных проявлений. Согласно Голубаржу¹, эта раздражимость имеет две формы:

¹ (См. J. Holubář, Obecná fyziologie nervstva, Praha, 1957.)

1) низшую, в эволюционном отношении более старую, которой является раздражение или стационарное раздражение;

2) высшую, в эволюционном отношении более позднюю, которой является возбуждение, проводимость раздражения, свойственную нервной системе высших животных и их ощущающей и движущей системе. Раздражение у низших животных, имеющих диффузионную нервную систему, например у кишечнополостных и медуз, распространяется во всех направлениях, функции нервных клеток у них не специализированы, каждая клетка воспринимает импульс, передает его и реагирует на него, то есть здесь сенсорные и моторные клетки не дифференцированы. Эта дифференциация и развитие функции торможения имеются у живых существ с ганглиевой нервной системой (у червей), у которых раздражение распространяется только в определенных направлениях и реакции которых более пластичны. Дальнейшая дифференциация нервных функций имеется у живых существ с центральной нервной системой и с условными рефлексами. Наивысшая степень дифференциации и наиболее развитые функции торможения имеются у человека, для которого характерно существование второй сигнальной системы.

Итак, для систем с более совершенным способом получения информации важное значение имеют функции торможения, дающие возможность большей дифференциации в отображении среды. Согласно Введенскому, торможение происходит при слишком низком или, наоборот, при слишком высоком уровне стационарного раздражения нерва, когда раздражение не распространяется по волокну. Таким образом, здесь возбуждение имеет место только при среднем уровне стационарного раздражения¹. Электрическим проявлением торможения является, по Голубаржу, гиперполяризация мембраны нейрона, тогда как возбуждение проявляется деполяризацией, то есть временным снижением потенциала покоя нервного волокна, обусловливаемым электрическим напряжением между поверхностью волокна (мембраны) и внутренностью его. Затем этот потенциал покоя снова восстанавливается, происходит реполяризация. При возбуждении волокна нельзя снова привести его в состояние раздражения - наступает так называемая абсолютная рефрактерная фаза, за которой следует относительная рефрактерная фаза, то есть снижение раздражимости нерва после возбуждения, когда нерв отдыхает. В филогенезе происходит энергетическая экономия и ускорение в линии возбуждения путем усиления нервных волокон и создания миелинового влагалища вокруг волокон. У беспозвоночных, например у головоногих, волокна не имеют миелинового влагалища и поэтому могут иметь место проскоки возбуждений между волокнами нерва, синхронизация возбуждений этих волокон. Здесь дифференциация понижена, не развиты также функции торможения; нервная деятельность имеет более диффузионный характер. На высших ступенях развития происходит резкое разграничение возбуждения и торможения, система распространения информации становится дискретной, бинарной (закон "все или ничего"). Эта бинарность, приводящая к разграничению положительного и отрицательного состояния, имеет несколько ступеней:

¹ (Эти закономерности относятся и к распространяющемуся раздражению у живых существ, имеющих центральную нервную систему. В отношении низших существ, имеющих диффузионную нервную систему, можно говорить не о возбуждении, а только о раздражении, распространяющемся во всех направлениях и не связанном с торможением.)

1. Самой простой формой бинарности является функция предполагаемого порогового сопротивления нервного волокна, которым создается дискретное разграничение состояний возбуждения и торможения и при котором шкала уровня стационарного раздражения непрерывна. Возбуждение возникает при среднем уровне этого раздражения. Таким образом, различные волокна находятся в различных состояниях (проводимость - непроводимость). Кроме того, отдельные волокна могут иметь различный порог раздражимости. Этим обеспечивается многообразие уровней раздражимости.

2. Высшая степень бинарности образуется пороговым сопротивлением синапсов (переключение - непереключение возбуждения на другие нейроны). Этим многообразие повышается еще больше. Некоторые нейроны раздражаются только несколькими одновременными или следующими непосредственно друг за другом возбуждениями, и их раздражимость изменяется главным образом в зависимости от предшествующего функционального состояния синапса. Это есть так называемое явление пространственного или временного суммирования раздражений. Таким образом, на синапсах происходит временная задержка дальнейшего распространения возбуждения, связанная с определенным числом или с определенной плотностью поступивших возбуждений. Благодаря этому временному моменту возбуждения могут дальше передаваться в другой последовательности. Следовательно, для того чтобы имело место переключение возбуждения, раздражение на синапсе должно достичь определенного уровня. Это раздражение может суммироваться с оставшимся раздражением от предшествующего возбуждения, оставившего на синапсе свой след (прокладывание пути следующему возбуждению). Действие синапсов может быть связано не только с раздражающими, но и с замедляющими импульсами, так что оно может быть весьма сложным по сравнению с деятельностью одного изолированного нервного волокна или даже целого изолированного нейрона.

3. Следующей ступенью является пороговое сопротивление других более сложных форм - очагов возбудимости, состоящих из большого числа нейронов и синаптических комбинаций. Очаги повышенной возбудимости называются, по Ухтомскому, доминантами. Это, по существу, ассоциационные блоки, в известной мере соответствующие стереотипам Павлова. Для того чтобы определенный очаг возбуждения был приведен в действие, должен быть достигнут определенный уровень раздражения его, причем раздражение стимула суммируется тогда со скрытым (латентным) раздражением очага. Доминанта суммирует раздражение других, сравнительно более слабых очагов, которые она таким образом подавляет, усиливая саму себя до тех пор, пока она не начнет действовать. Таким путем в центрах синтетико-аналитической деятельности дифференцируется существенное и несущественное. Благодаря существованию доминант в коре головного мозга образуется пластичный рельеф различных уровней возбудимости, создающих сложную иерархию.

4. Наивысшей ступенью является функция порогового сопротивления сознания. Порог сознания перекрывают только процессы наивысшей возбудимости, тогда как другие процессы ослаблены, заторможены, заглушены или отодвинуты на задний план, образуя недифференцированный внесознательный, бессознательный или подсознательный фон, базу для сознательных процессов. Слабые процессы возбуждения и процессы более слабых очагов возбуждения не осознаются. Эти процессы могут быть корковыми и подкорковыми. Речь может идти и о подкорковых процессах сильной динамики, которые легко могли бы перейти в сознание, но которые по определенным причинам подавляются контролем ("цензурой") сознания как нежелательные. Пороговая функция сознания, совершающая выбор между мозговыми процессами и усиливающая одни за счет других, опирается на высокоразвитую функцию активного торможения, в частности дифференцирующего и замедляющего, функцию, имеющую и социальное обоснование. При ослаблении "цензуры" коры головного мозга, например при опьянении, могут происходить неуправляемые, эффективные реакции; наоборот, при возбужденной подкорке может иметь место ослабление ощущений и вялость инстинктов. Таким образом, кора головного мозга подавляет эффекты, подкорка же, наоборот является источником активности коры головного мозга и, следовательно, кора и подкорка находятся во взаимосвязи торможения. При неврозах и психозах нет равновесия между обеими составляющими, они тогда противоречат друг другу и происходит раздвоение личности. Сознательное и подсознательное содержание, корковые и подкорковые процессы находятся в комплементарной (дополняющей друг друга) связи. Сознание заглушает и подавляет подсознательное и использует его динамику возбуждения для повышения возбудимости корковых процессов. Если понижено пороговое сопротивление сознания, например во сне, может иметь место ослабление подавления тенденций в снах, так как сознание в это время не подавляет эти тенденции, не трансформирует их и не упорядочивает их в определенных целях. Слишком высокий порог сознания, слишком сильное подавление подкорковой динамики и более слабых корковых процессов точно в такой же степени нежелательны, как и, наоборот, излишнее понижение этого порога, когда ослаблена дифференциация между сознанием и подсознанием и подкорковые процессы слишком легко овладевают полем деятельности сознания или когда оказывается ослабленной дифференциация между существенным и несущественным. В то время как пороговое сопротивление и функция торможения низших ступеней выполняются пассивно, автоматически, подавляющая, тормозящая роль сознания активна и подчиняется управлению воли, которая, конечно, зависит от объективных условий и которая объективно мотивируется.

На пороговую функцию нервной деятельности опираются все психические процессы человека, в частности процессы познавательной деятельности, процессы получения и переработки информации. Этим в процессе наблюдения, восприятия усиливается дифференциация между наблюдаемым и фоном и повышается точность в разграничении объектов внешнего мира. Точное разграничение необходимо в процессах логического мышления, закономерности которого опираются на резкую дифференциацию между суждениями, выбранными как истинные, правдивые, и между отрицаниями их.

Под действием пороговых функций всех упомянутых ступеней образуются и усиливаются различия в высшей нервной деятельности. Этим обеспечивается высокая разрешающая способность человеческого мозга, и пространство для отображения информации становится более пластичным. Тут имеется несколько качественных уровней, и это повышает число различных состояний, которые мозг может занять.