Машина мышления. Заставь себя думать - Курпатов Андрей Владимирович

У нас есть специализированные сенсорные нейроны, которые обеспечивают мозгу получение информации из внешней среды. Есть моторные нейроны, которые отдают команды мышцам, включая не только скелетную мускулатуру, но и гладкие мышцы внутренних органов.

Интернейронами называют нейроны, которые взаимодействуют только с другими нейронами, но не с сенсорными рецепторами и не с мышечными волокнами.

Другой важный признак нейрона — его возбуждающая или ингибирующая функция. Возбуждающие нейроны подталкивают другой нейрон к возникновению потенциала действия. Ингибирующий нейрон, напротив, тормозит возбуждение соседа.

Сюда же примыкают так называемые модулирующие нейроны, которые не оказывают возбуждающего или тормозного воздействия на другой нейрон. У них вообще нет передающего сигнала, они лишь модулируют реакцию другой клетки на основной нейромедиатор.

По самим нейромедиаторам нейроны тоже отличаются. Есть серотонинергические нейроны, < дофаминергические, ГАМКергические, глутаматергические, холинергические…

На этом, пожалуй, можно было бы остановиться, хотя это, прямо скажем, не конец.

Нейробиологи и анатомы выделяют множество подтипов нейронов — по месту их локализации, по специфической функции, по гистологическим особенностям, которые, конечно, тоже не случайны и говорят о специализации нейронов (например, рис. 10).

Рис. 10.  Различные формы мулътиполярных нейронов коры головного мозга.

Уверен, что о многих таких «специальных» нейронах вы уже где-то слышали:

зеркальные нейроны — клетки моторной коры, которые возбуждаются и при выполнении какого-то действия, и при наблюдении за тем, как аналогичное действие выполняет другое животное,

пирамидальные нейроны, которые и в самом деле похожи на пирамидки, из них самые большие — клетки Беца — находятся в V слое коры, откуда идут длинным аксоном прямо к спинному мозгу,

веретенообразные нейроны — крупные клетки, находящиеся в строго определённых зонах мозга и способствующие, судя по всему, быстрой передаче сигнала по мозгу больших размеров — поэтому обнаруживаются у человека и гоминид, а также у горбатых китов, кашалотов, дельфинов, белух и слонов,

зернистые, или гранулярные, нейроны — наоборот, клетки очень маленьких размеров (есть мозжечковые, а есть, например, в VI слое коры, где они отвечают за связь с таламусом),

клетки Пуркинье, которые находятся в мозжечке и в отличие от других нейронов созревают достаточно долго, из-за чего маленькие дети выглядят зачастую такими неуклюжими,

клетки ретикулярной формации, характеризующиеся спонтанной электрической активностью, выполняющие функцию внутренней динамо-машины нашего мозга.

Список можно и продолжить, но для того, чтобы увидеть схожесть между специализацией клеток в мозге и муравьёв в муравейнике, этого вполне достаточно: нейроны разных групп так же выполняют в мозге разные функции, как и муравьи разных муравьиных каст в своём огромном семействе.

Это важно понимать, потому что, когда мы говорим о машине мышления, нам придётся упрощать логику работы мозга до ограниченного числа принципов.

В конце концов, каждый нейрон — это просто нейрон, как и каждый муравей в муравейнике — просто муравей, мало чем, по сути, отличающийся от других.

Но не надо забывать, что в действительности мозг как биологический объект намного-намного сложнее, чем просто 87 миллиардов сцепленных друг с другом нервных клеток.

Может быть, самое в этом сопоставлении муравейника с мозгом трогательное и даже забавное — химическая связь, которая используется в коммуникации как между нейронами, так и между муравьями.

В случае человеческого мозга химическими веществами, обеспечивающими контакт между клетками, являются нейромедиаторы: ГАМК, глутамат, глицин, норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин и десятки других.

У каждого из них свои функции и свои, так скажем, психологические эффекты.

Муравьи общаются между собой с помощью специфических феромонов: какие-то служат для сородичей сигналом тревоги, другие заставляют их чистить муравейник или побуждают к каким-то ещё действиям, причём самым разным — где-то собраться, подключиться к ухаживанию за королевой и её потомством и т. д.

Наблюдая за слаженными коллективными действиями муравьёв, и правда трудно отделаться от мысли, что они умеют друг с другом разговаривать.

Это и в самом деле происходит, причём есть в этом какое-то удивительное сродство с «общением» наших нейронов друг с другом (рис. 11).

Рис. 11.  Химическая передача в синапсе и при взаимодействии между муравьями.

Рассмотрим хотя бы один пример. Обнаружив что-то съедобное, муравей-разведчик устремляется к дому, оставляя за собой химический след из выделений специальных желёз.

Теперь ему не надо показывать собратьям дорогу к пище, они найдут её сами — по запаху с помощью своих антенн-усиков.

Впрочем, выделяемое сигнальное вещество достаточно быстро улетучивается, чтобы следы не путались друг с другом, что важно.

И вот первое математическое обстоятельство: количество выделяемого муравьём экстракта железы напрямую коррелирует с размером добычи (если она большая, то выделений больше, если нет — меньше).

Таким образом, количество муравьёв, привлечённых соответствующим запахом, тоже разнится: к большой добыче отправится большая команда, а к маленькой — только единицы.

Прибавьте сюда ещё и привлечённых запахом муравьёв: они будут оставлять химические следы, которые дадут знать другим муравьям — кончилось лакомство или ещё можно успеть поучаствовать в охоте.

Однако в коммуникации важна не только химия, но и частота взаимодействия между муравьями. Согласитесь, трудно понять, как эти бестолковые, в сущности, существа умудряются не растеряться в лесу… Учитывая соотношение масштабов, мы бы с вами мгновенно заблудились!

Тут уже начинается и вовсе высшая математика…

Чем ближе к муравейнику, тем, понятное дело, чаще муравьи одного семейства наталкиваются друг на друга. С другой стороны, чем дальше муравей удаляется от муравейника, тем — чисто математически — количество его контактов с соплеменниками уменьшается.

Соответственно, учитывая эту математическую вероятность, конкретный муравей всегда знает, насколько далеко он от своей основной группы, от муравейника.

Как только он замечает, что его случайных контактов с соплеменниками стало непозволительно мало, он может успеть вернуться к группе по своему же собственному химическому следу.

Конечно, нейроны в нашем мозге взаимодействуют чуть иначе, но принципы очень похожи:

• количество нейромедиаторов является для нейрона критерием активности, которую он произведёт, и кроме того, выделение большого количества соответствующих нейромедиаторов способствует вовлечению в решение данной задачи ещё большего количества нейронов;

• синхронный ритм разрядов групп нейронов, создающий специфические ЭЭГ-волны (альфа, бета, тета, дельта, гамма), является эффективным инструментом коллективной работы нейронов, по сути — они таким образом подзаводят друг друга и настраиваются на одну, так сказать, волну.

Но всё-таки самое главное в «муравьиной метафоре» мозга — это пример удивительной биологической самоорганизации системы, не имеющей единого центра управления. Системы, кажущейся разумной, но без демиурга, которому бы этот разум принадлежал. Просто умная система…

Время разума

Для эффективного поведения необходимо получать информацию посредством какого-нибудь процесса обратной связи, сообщающего о достижении цели. Пётр Кузьмич Анохин