Рефлексы

Первая книга трилогии "Основы фундаментальной теории сознания".

В понимании сути сказанного в этой книге есть две большие проблемы:
1. Эффект Земмельвейса fornit.ru/68139 и
2. Синдром Предвзятости подтверждения: fornit.ru/68578

Лаборатория схемотехники адаптивных систем (fornit.ru/67990)

В научном рецензируемом журнале опубликована статья по теме книги: "Классификация рефлексов на основе системной функциональности": fornit.ru/art7

Основным постулатом книги является то, что любые механизмы мозга следуют адаптивной цели получения конкурентных преимуществ и, как минимум, не мешают этому.

Другим основополагающим постулатом является то, что принципы адаптивности не зависят от способов реализации механизмов, если достигается тот же адаптивный функционал. Это значит, что природа с ее клеточным конструктивным материалом не является единственно возможным способом достичь самых сложных проявлений психики.
Поэтому описания в книге поддерживают междисциплинарный формат, без привязки к анатомическим образованиям мозга и по возможности без узкоспециальных терминов. Но некоторые принципы настолько связаны с конкретными органами мозга, что их совместное упоминание стало необходимым.

Еще один важнейший постулируемый принцип: в мозге нет ничего кроме детерминизма (fornit.ru/882), только причины и следствия, никаких таких квантовых или волшебных эффектов. Только физика на уровне вещества, а не квантов (fornit.ru/67252).

В книге много коротких ссылок на поясняющие статьи, без которых объем текста стал бы неприемлемо большим. По каждому утверждению можно было бы открывать необъятную тему, но здесь важно как можно более лаконично описать суть системы в постулированных основных принципах и функциональности мозга.

Обобщения в книге используют доступные фактические данные исследований (fornit.ru/ax1), которые являются аксиоматическим каркасом модели, сформированной согласно принципам научной методологии (fornit.ru/66449) и критериям полноты и верности теории (fornit.ru/7649).

Следующие три рекомендуемые книги обеспечивают необходимый понятийный контекст для тех, кто впервые заинтересовался тематикой организации адаптивных механизмов мозга:

·         Мировоззрение: fornit.ru/13268 - основы надежных естественно-научных представлений, которые способны скорретировать многие неадекватные реальности философские предположения и освободить от иллюзий;

·         Наука. Научная методология и этика: fornit.ru/66449 - принципы научного метода, нарушение которых в исследовании или понимании результатов исследования приводит к ложным представлениям;

·         Что такое Я - схемотехнический подход: fornit.ru/40830 - обстоятельное описание принципов организации механизмов мозга. Хотя эта книга морально устарела в связи с очень большим продвижением в моделировании природных адаптивных системы в прототипе Beast (fornit.ru/beast), но ней есть большой массив данных, которые не повторяются в книге Рефлексы.

Оглавление

Введение. 1

Универсальный элемент системы индивидуальной адаптивности. 1

Любой нейрон - распознаватель образа. 1

Безусловные рефлексы.. 1

Базовое состояние живого организма. 1

Образы восприятия и действия. 1

Выделение и представление образов восприятия. 1

Гомеостатические контексты поведения. 1

Основы системы значимости. 1

Рефлекторные механизмы или "инстинкты" 1

Условные рефлексы.. 1

Нейропластичность и рефлексы.. 1

Древние безусловные реакции типа стимул-действие. 1

Рефлексы и адаптация к среде. 1

"Сложные рефлексы" 1

Рефлексы мозжечка. 1

Имитационные рефлексы.. 1

Ориентировочный рефлекс. 1

Рефлексы гиппокампа. 1

Рефлексы префронтальной лобной коры.. 1

Взаимодействие рефлексов и сознательной деятельности. 1

Определение и классификация рефлексов. 1

Интеллект. 1

Рефлексы и искусственный интеллект. 1

Роль сна. 1

Развитие системы индивидуальной адаптивности. 1

Наследуемые качества. 1

Зачем нужно понятие живого. 1

Заключение. 1

Введение

В 1863 году была издана книга И.Сеченова "Рефлексы головного мозга". С тех пор представления кардинально изменились, но осталась обширная база фактических данных исследований, которая не может быть опровергнута, потому что это - факты? и они всегда остаются аксиоматически незыблемыми (в отличие от постулатов fornit.ru/127 и субъективных предположений).

Книга Сеченова состоит из двух частей. В первой части Сеченов критикует идеалистическую философию и психологию, которая рассматривает сознание как нечто независимое от тела и окружающей среды. Он утверждает, что все психические явления имеют физиологическую основу и происходят в результате взаимодействия организма с внешней средой.

Во второй части книги Сеченов описывает свою теорию рефлекторной дуги. Он утверждает, что все рефлексы, включая сложные поведенческие акты, проходят через три стадии: восприятие раздражителя, обработка информации в центральной нервной системе и ответная реакция.

В начале своей книги Иван Михайлович с надеждой на понимание написал: "кому дорога истина вообще, т.е. не только в настоящем, но и в будущем, тот не станет нагло ругаться над мыслью, проникшей в общество, какой бы странной она ему ни казалась. Имея в виду этих бескорыстных искателей будущих истин, я решаюсь пустить в общество несколько мыслей относительно психической деятельности головного мозга, мыслей, которые еще никогда не были высказаны в физиологической литературе по этому предмету".
Это очень симптоматично для любых новых моделей понимания, покушающихся на привычную сложившуюся картину.

За прошедшее время появилось настолько огромное количество уверенно верифицированных по надежности данных, что из столь насыщенного каркаса модели (аксиоматической основы) стало возможным собрать пазл системы взаимодействий, связав все принципы природной реализации в их эволюционной последовательности. Это позволило включить в модель не только рефлекторную, но и высшую психическую деятельность, разрешив самые "трудные" проблемы (fornit.ru/68545). Использование метода моделирования в целостном представлении, начиная от системы гомеостаза и заканчивая механизмами психики (fornit.ru/beast), придало системной модели особое качество уверенности. Эта модель называется  МВАП  (модель волевой произвольности психики: p-mvap.ru). Оптимизация модели в действующем прототипе индивидуальной адаптивности Beast позволила систематизировать представления на всех уровнях системы, в том числе на уровне рефлексов.

В этой книге не будет разделов по истории изучения рефлекторной деятельности просто потому, что невероятно огромный объем материалов не позволит сделать это достаточно корректно.

Здесь не будет привязок к анатомическим образованиям мозга (кроме особо важных случаев), потому что система оперирует принципами, независимыми от их реализации. По той же причине не будут рассмотрены обширные данные по изучению строения, метаболизма и особенностей природной реализации мозга и его универсальных элементов (нейронов, синапсов, астроцитов, глии и др.).

Развитие мозга как человека, так и других видов позволяет получить принципиальную информацию о последовательности эволюции адаптивных механизмов, но эти данные использованы только для обобщения и во многом они не нужны при описании принципов системной модели. Также важнейший массив фактов представляют исследования патологических состояний мозга.

Универсальный элемент системы индивидуальной адаптивности

Изучая механизмы работы нейронных цепей простейших организмов, ясно понятна роль нейронов - как переключателя распространения возбуждения в зависимости от состояния электрического потенциала на входе. Этот потенциал зависит от совокупной активности на входах нейронов, ограниченной свойствами соединений (синапсов).

Это настолько не вызывающая возражений схема, что в вузах по нейронаукам предлагают студентам, уже знакомым с основными свойствами нейронов и связей, придумывать различные схемы управления простейшими живыми существами (fornit.ru/an-book-9). Используя редакторы нейросхем, возможно строить самые различные функциональные элементы и проверять предположения об этом (fornit.ru/demo14).

Нет никаких ограничений в сложности или выполняемых функциях таких схем и ничто не ограничивает эволюционные усложнения уже существующих схем в природе кроме единственного условия: подвергать мутациям только самые новые образования и не трогать уже используемые (fornit.ru/50319). Это логично понятное условие: если мутирует то, на чем основаны последующие образования, то вся конструкция оказывается нерабочей.

Принципы эволюционного усложнения просты и универсальны, настолько, что если не рассматривать огромное множество непринципиальных нюансов (то, что относится к способу реализации принципов), то самое главное можно представить в виде наглядной демонстрации: fornit.ru/evolution. Такая простота одиозна для эволюционистов на грани недопустимой вульгарности. Доказательные описания основных принципов наследования показаны в fornit.ru/806 и с такой интерпретацией сложно поспорить, настолько она очевидно показана.

Способность выделить принцип из огромного многообразия особенностей природной реализации - очень важна для ученого. Есть огромное множество трагических примеров, когда огромные усилия затрачиваются на изучение непринципиального и за этим полностью упускается основная функциональность механизма (fornit.ru/816). Это не значит, что не стоит изучать особенности реализации, именно такие данные и поставляют достоверные факты.

Примером по теме является то, что сих пор идут дискуссии об основной функциональности нейрона в мозге. Нейрон - сложнейший одноклеточный организм со своим метаболизмом, энергетикой и другими обеспечивающими жизнедеятельность элементами. Но во взаимодействии механизмов мозга используется только одна, небольшая часть свойств нейрона. Сложнейшее образование в роли универсального элемента мозга - это вынужденная избыточность природной реализации.

Известно, что только в удачно выбранной системе представлений описание оказывается предельно простым, а в других - избыточно сложным. Например, движение точки по окружности. В декартовой системе координат это движение описывается сложными уравнениями, а в полярной системе координат оно описывается простым уравнением r = const. Еще пример: описание движения планет в гелиоцентрической системе Коперника, где планеты движутся по почти круговым орбитам вокруг Солнца, что выглядит наглядно и просто, тогда как в геоцентрической системе Птолемея для этого требуются сложные эпициклы и деференты.

Безусловно, полностью изучив все особенности нейрона как клетки, его окружение, сложнейшие процессы передачи сигнала через синапс, в общей картине окажется и функциональность нейрона при взаимодействии с другими нейронами, но она утонет в этой описательной сложности и может остаться незамеченной. Но ведь для принципиального рассмотрения адаптивных механизмов, которые могут реализовываться и не через нейроны и даже не через искусственные нейристоры, вся эта сложность не имеет никакого значения.

Взаимодействия нейронов можно описать системно только одним способом. И это не математика, которая теряет возможности уже при описании взаимодействий трех тел, а в мозге их миллиарды. Для описания систем причинно-следственных взаимодействий любого вида лучше всего подходит схемотехника. Хотя традиционно схемотехнику относят лишь к искусственным электронным устройствам - она описывает основные принципы, характерных для любых видов взаимодействий кроме квантово-механических (fornit.ru/24649).

Самые общие ее принципы это: усиление, генерация, логические преобразования, сравнение, итерация (прохождение одного и того же механизма обработки со все большим уточнением параметров, что отражается переходной характеристикой), обратная связь (положительная, отрицательная или в некоторой промежуточной фазе) и т.п. И эти элементы образуют схемы адаптивного взаимодействия, сложность понимания которых становится препятствием для неспециалистов в схемотехнике. Но схемотехник в любой области, где используются общие принципы (программирование, электронные устройства, инженерные конструкции) сразу увидит их в системе и поймет смысл происходящего.

Схемотехнические устройства имеют определенные выполняемые функции, такие как усилители, компараторы, логические схемы, регистры и т.п. Схемотехника это – не транзисторы-резисторы и даже не процессоры, а техника (методы и опыт) понимания и использования схем (причинно-следственных механизмов) на основе базовых принципов, которые актуальны для любого формата реализации этих схем.

И схемы бывают не только искусственные. Природа тоже творит очень сложные устройства с использованием в точности тех же самых принципов.

Обстоятельно о том, как мозг может быть описан схемотехнически показано в книге "Что такое Я - схемотехнический подход": fornit.ru/40830. Часто такой подход обвиняют в редукционизме. Это - ложное понимание и вот почему: fornit.ru/67331.

Так что предметной областью, способной адекватно реальности исследовать и описывать функциональность мозга, является "Схемотехника адаптивных систем" (fornit.ru/67666), чем и занимается Лаборатория схемотехники адаптивных систем (fornit.ru/67990). С этих позиций мы рассмотрим функциональность нейронов в мозге.

Выявить главную функциональность нейрона с помощью схемотехнического понимания становится достаточно просто, в соответствии с утверждением Сеченова, что все рефлексы, включая сложные поведенческие акты, проходят через три стадии: восприятие раздражителя, обработка информации в центральной нервной системе и ответная реакция.

Есть еще два вида функционально значимых клеток, связанных с нейронами: рецепторы и эффекторы. Первые воспринимают воздействие извне и преобразуют его в электрический импульс (распространение скачка электро-потенциала). Вторые преобразуют электрический импульс, превышающий порог срабатывания во внешнее воздействие. Этим и ограничивается функциональность этих видов клеток для механизмов мозга.

Нейрон же, воспринимая электрический импульс, превышающий порог срабатывания, преобразует его так же в электрический импульс. Нейрон является рецептором для последующих структур и эффектором для предыдущих. Все (fornit.ru/ax1-3).

Этим ограничивается его функциональность, которую нужно учитывать при рассмотрении механизмов мозга.  Есть еще один элемент в мозгу для того, чтобы расширить функциональность нейрона - синапс или межнейронный коммутатор. Синапс дозирует воздействие на нейрон так, что только определенное число синапсов обеспечивают проведения электротока, достаточного для превышения порога срабатывания нейрона. Это и придает ему свойства универсального, но далеко не идеального распознавателя профиля активности на его входе (fornit.ru/6449).

В мозге, кроме нейронно-синаптических взаимодействий существует еще очень много различных явлений, которые оказывают влияние на работу механизмов мозга. Это очень характерно для биологической реализации. Но для моделирования адаптивных принципов, которые реализуются механизмами мозга, не нужно ничего кроме синоптически-нейронных связок. Мало того, и эти связки становятся лишними сущностями в случае программной схемотехники реализации адаптивных систем. В случае же реализации на дискретных элементах, вместо сложнейших организмов-клеток нейронов необходимо использовать нейристоры - искусственные пороговые элементы со входными коммутаторами.

Когда программисту или электронщику показывают взаимосвязи нейронов в цепях простейших существ (улитка или бабочка), для них совершенно ясны принципы, потому что, в силу своей специфики, эти специалисты сразу видят основную функциональность в работе таких цепей, для них совершенно очевидна схемотехника механизмов.

Пример того, как нейрофизиологические механизмы рассматриваются на основе принципов схемотехники - двухтомник "Основы нейрофизиологии" В.В.Шульговского (fornit.ru/lib37).

Схемотехника - это предметная область, обобщающая принципы любых цепей причинно-следственного взаимодействия. Эти принципы общи для любых применений, хоть в электронных схемах, хоть в программировании, - в любом инженерном конструировании (fornit.ru/24649). И принципы мозга описываются также схемотехнически (fornit.ru/vak1).

Многие (например, Р.Пенроуз) для того, чтобы объяснить феномены сознания, привлекают экзотические сущности, квантовые эффекты и т.п. Они не показывают, как именно организуется сознание, но приводят огромное количество убеждающих доводов о том, что только так это возможно объяснить. Можно было бы просто сказать, что все объясняется волшебством или Богом и ничего не изменится оттого, какая именно экзотическая сущность привлекается. Но если организация сознания во всех наблюдаемых аспектах показывается без привлечения такой сущности, то это и становится в самом деле доступным для рассмотрения, для фальсификации и верификации.

Главным строительным элементом для всех живых существ является клетка. Клетка несколько изменяется в различных видах тканей, а в мозге воплощается в виде нейрона, порогово реагирующего на электро-потенциал в виде собственного скачка потенциала. Для разных зон мозга и разного назначения нейрон меняет свою конструкцию (длина аксона, число и ветвление отростков, площадь мембраны), но основная функциональность не меняется: пороговый элемент с гистерезисом срабатывания.

Если начать повторять природные принципы индивидуальной адаптивности с помощью электронных микроэлементов "нейристоров", то принципиальная функциональность полностью сохраняется.

Но если реализовать природные принципы с помощью программы, способной взаимодействовать с окружающим и воздействовать на окружающее, то функции нейрона становятся избыточными и неестественными для программирования. Принципы адаптивности не включают в себя ни функциональности клеток, ни функциональности вида клеток - нейрона. И именно такие принципы и могут быть реализованы программно с наименьшими затратами ресурсов и времени выполнения (в отличие от программ, эмулирующих нейроны, для которых требуются суперкомпьютеры).

Первая клетка на Земле появилась около 3,5-4 миллиардов лет назад. Первый нейрон на Земле появился около 600 миллионов лет назад. Гиппокамп, как структура мозга, появился около 300 миллионов лет назад у первых наземных позвоночных, что означает способность удерживать и обрабатывать стимулы. Это дает возможность представить себе скорость изменений для получения нового качества функциональности. Она чрезвычайно мала. За все это время функциональность клетки не изменилась, хотя усовершенствовалась ее реализация. Функциональность нейрона, как некоторые дополнения к функциональности клетки, также не изменилась. Все те же структуры оказываются наследственно предопределенными. И вот уже совсем "недавно" появилось что-то, резко улучшившее качество индивидуальной приспособляемости - способность менять поведение с привычного на альтернативное в ходе обработки удерживаемого стимула, как прямое и непосредственное дополнение уже имеющегося. Ничего, кроме нейронных механизмов просто не могло появиться и дополнить существующую систему, как-то вписавшись в нее. Все такие предположения не выдерживают пристального рассмотрения и являются субъективной философской эвристикой.

Любой нейрон - распознаватель образа

Нейроны связаны синапсами. Для каждого нейрона эффективные синапсы (т.е. выполняющие роль передатчика возбуждения с некоторым его ослаблением) образуют профиль входной активности нейрона, который определят то, какие сочетания активностей на входах приведет к возбуждению нейрона. Таких входов может быть от одного ("вставочные" нейроны) до 10000.

Таким образом, любой нейрон оказывается распознавателем определенных сочетаний активных сигналов на его входе (fornit.ru/ax1-26). Совершенно неважно, в каких комбинациях окажется профиль возбуждения, активирующий нейрон, любые сочетания являются образом, распознаваемым данным нейроном. Например, если нейрон активируется от пяти определенных синапсов, то активация всех синапсов также приведет к возбуждению этого нейрона.

Возможность активации нейрона разными профилями, достаточными для возбуждения - это неидеальность такого простейшего распознавателя. Такая неидеальность в немалой степени компенсируется 1) определенным способом взаимного перекрытия нейронных полей слоя и 2) взаимным контрастирующим торможением соседей (fornit.ru/38103).

Природный нейрон реализует функцию однослойного персептрона (fornit.ru/5122), но в очень упрощенном виде, т.к. флуктуации постоянства среды не позволяют специализировать такой распознаватель точными весами входных синаптических коммутаторов. Реальный дискрет точности весов не может превышать 5-10% несмотря на относительную стабильность температуры и химической среды мозга.

Специализация нейронного профиля распознавания образа идет послойно, по мере созревания слоев в порядке эволюционного развития (fornit.ru/ax1-12, fornit.ru/ax1-32, fornit.ru/ax1-55).

Фундаментальное для нейросети свойство: определенная последовательность развития нейрона, когда он находит свое место в нейросети, созревает до стадии возможности образования связей и завершает свое развитие стадией распознавательной специализации. Этот период формирования специализации определен генетически для каждого слоя последовательно созревающих нейронов и называется критическим периодом развития.

Синапсы специализируются согласно общему условию образования связей в мозге. Данных фактических исследований этого достаточно много (fornit.ru/ax1-20), начиная от экспериментов с отдельными нейронами (fornit.ru/5297 - т.е. в предельно выделенных от влияния чего-либо условиях).

Сформулируем основные правила образования связей между нейронами:

1. Если два нейрона неоднократно активируются одновременно, связи между ними усиливаются в обоих направлениях.

2. Если два нейрона неоднократно активируются последовательно, усиливается связь, направленная от одного ко второму.

В обоих правилах предполагается, что связи усиливаются навсегда или, по крайней мере, надолго: так ассоциация закрепляется в памяти”. (fornit.ru/7224).

Условием, при котором начинается процесс формирования проводимости в синапсе, является достаточно длительная активность с двух сторон (около получаса – время найдено эмпирически) от синапса. Она может прерываться, но важно, чтобы вокруг такой активности возникали метаболиты, способствующие формированию проводимости синапсов данного вида. За это время повторяющиеся активности сформируют устойчивые связи, а случайные будут погашены латеральным торможением. В результате сформируется вполне определенный профиль возбуждения данного нейрона.

Нужно отметить, что развитие "искусственных нейросетей" никаким образом не связано с природной функцией нейрона и использует полную математическую концепцию многослойных персептронов со связями типа "все со всеми". Веса межнейронных коммутаторов в них выставляются с проекционной точностью во время процедуры обучения. Если в природном мозге возможно проследить иерархию распознавания образов от самых простых примитивов до конечных мультисенсорных образов, то в многослойном персептроне все это недоступно как в "черном ящике". Зато искусственный распознаватель обладает колоссальной точностью специализации, что и используется в технических приложениях.

Безусловные рефлексы

Наследственно предопределенные цепочки - это такие соединения нейронов, которые специализированы для данного местоположения в мозге, но их связи могут и не состояться, если не возникнет определенных условий.

Это повторяет общий принцип наследуемости, когда именно для определенных условий окружения возникает экспрессия генов и появляются белки, приводящие к появлению нового образования в организме (fornit.ru/ax1-38). Генетика обеспечивает появление и локализацию нейронов, но связи между ними возникают, согласно определенным условиям (fornit.ru/ax1-20). Они могут и не возникнуть.

По мере развития мозга в онтогенезе возникают все новые зоны, определенные генетически, строго после окончания развития предыдущих зон, что отражает последовательности совершенствования адаптивных механизмов.

Каждый новый нейрон мозга в определенное время находит свое постоянное место и там специализируется. Вот эти два события нужно постоянно иметь в виду: 1) наследственная причина появления нейрона и 2) его специализация, которая отражает реальное состояние текущих условий.

И еще, любой нейрон воспринимает предшественников как свою рецепцию, а последующие - как эффекторы. Т.е. каждый нейрон выполняет функцию элементарного безусловного рефлекса, и эта логика оказывается основополагающей. Конечно, от того, как назвать явление, его суть никак не меняется, но "безусловные рефлексы" - настолько привычное понятие, что остается просто принять его для всего, что отражает основные качества явления.

Наследственно предопределенные цепочки могут быть фрагментами внутримозговых механизмов, и тогда их выходной сигнал имеет функцию рецептора для последующих структур. Они могут активировать пусковые программы внутренних (гормональных, висцеральных) и внешних мышечных действий. Последние называются безусловными рефлексами, а пусковые программы, которые, в свою очередь состоят из наследуемых механизмом, называют инстинктами.

Классификация рефлексов развивалась по мере долгих исследований и привела к очень запутанным, противоречивым описаниям. Огромная часть наследственных механизмов вообще не описана и не классифицируется, хотя практически все в мозге, что возникает в определенной последовательности созревания является наследуемыми механизмами, в том числе теменная и лобная кора. При этом нет никакой принципиальной разницы в их организации и способе эволюционного появления. Все они - наследственно предопределенные образования мозга.

В первичных, вторичных и третичных зонах, где формируется иерархия распознавателей воспринимаемого, наследственно предопределяются слои нейронов и сроки их поочередного созревания. И каждый нейрон распознавателя такого образа имеет рецепторное поле и своих непосредственные эффекторные мишени. Это - наследственный механизм, результат которого зависит от условий.

В ходе индивидуальных приспособительных актов взрослого организма, в районе гиппокампа, в субвентрикулярной зоне и лобной коры возникают, созревают и специализируются новые нейроны (fornit.ru/ax1-55). Это - также наследственный механизм, результат которого зависит от условий, в том числе специализация таких нейронов.

Для любых видов наследственно предопределенных звеньев впредь будем здесь использовать общий термин "безусловный рефлекс", что будет иметь вполне определенный смысл. Т.о. все безусловные рефлексы - то, что возникает как результат наследуемых программ развития.

Это непривычная и даже одиозная для многих нейробиологов классификация оказывается неизбежной в представленном подходе. Она оправдана и необходима как один из принципов организации адаптивного развития, как основа более сложных механизмов, основанных на этом.

Огромный ареал и разнообразие безусловных рефлексов мозга реализует механизмы, которые возможно передать наследственно.

Базовое состояние живого организма

Если условно провести границу между механизмами управления в мозге и тем, что предшествует этому так же, как предшествуют сигналы рецепторов, то это будет распознавание трех базовых состояний гомеостаза: состояния "Норма", "Плохо" и "Хорошо" (fornit.ru/vak3). Понятно, что в таком смысле (в такой субъективной значимости) эти состояния переживаются только на уровне психики, а на уровне рефлексов они являются наиболее базовыми контекстами поведения.

Так же как сигналы рецепторов внешнего мира дают основания для адаптивных ответов мозга, так и сигналы внутренних рецепторов гомеостаза определяют особенности реагирования. И те и другие могут иметь как контекстную функциональность (наступила ночь, стало жарко и т.п.), так и сигнальную.

Как правило, активность одного из базовых контекстов определяет то, как именно будут выполняться реакции одного из основных стилей поведения (пищевое, половое, поисковое, оборонительное, агрессивное). Какие из таких стилей оказываются активными, определяется состоянием жизненных параметров гомеостаза. Если параметр вышел из нормы, то активируется соответствующий стиль поведения в общем контексте Плохо. Несколько взаимно неантагонистичных стилей поведения могут активироваться одновременно: голодный(1) ищет(2) пищу и готов драться(3) за нее - 3 активных стиля, определяющих поведение. На уровне психики это формирует специфическую эмоцию и определяет умолчательно основу эмоционального контекста, которая может быть произвольно изменена (под произвольностью договоримся понимать все то, что альтернативно привычному: fornit.ru/12787).

В этой книге нас интересует функциональность трех базовых состояний только на уровне рефлексов - то, что организует адаптивность на самом простом, рефлекторном уровне (на уровне психики организация описана в fornit.ru/68364).

Состояние Норма означает, что все жизненные параметры находятся в области допустимого. Но могут быть ситуации, когда все параметры в норме, а какой-то - вышел из нормы. Это особенно характерно для полового стиля поведения, который наиболее вероятен при полном благополучии.

Эволюцией оптимизирован механизм активации только одного из базовых состояний в зависимости от состояния жизненных параметров. Один общий результат нужен для того, чтобы быть наиболее общим контекстом условий текущего реагирования. В иерархии контекстов условий (в дереве состояний fornit.ru/66797) первым уровнем является базовое состояние, вторым - образ сочетания активных стилей поведений (на уровне психики - эмоция) и далее идут контекстные образы восприятия внешнего мира.

Отдельные же активности состояния жизненных параметров имеют сигнальную функциональность для активации контекстов стилей поведения.

Состояние Плохо так же как и норма вполне очевидно по функциональности: раз какой-то жизненный параметр вышел из нормы, нужно что-то делать для того, чтобы вернуть его норму. Эта деятельность осуществляется с помощью ветвистых цепочек безусловных рефлексов (названных инстинктами), которые активируются строго в контексте одного из стилей поведения.

Состояние Хорошо вызывает некоторые трудности в понимании возможной полезной функциональности. Было показано, что для формирования условных рефлексов никакого такого "подкрепления" не требуется, потому что рефлексы, на основе которых возникает новый синоним реакции для новых условий, уже имеют контекст в виде Плохо, Норма, Хорошо (fornit.ru/64936). И, стоит повторить, эти состояния на уровне рефлексов не переживаются, боль и радость есть только при осознании, так что никакого такого "подкрепления" позитивными переживаниями нет у рефлексов, но они есть при осознании, и они стимулируют не рефлексы, а осознанно продуцируемые реакции, которые здесь названы автоматизмами. Внешне очень трудно различить действия рефлексов и автоматизмов, что и порождает путаницу.

Для составления модели адаптивности на доосознательном уровне, необходимо выявить ту функциональность Хорошо, которая обеспечивает наиболее общий контекст (стиль) поведения.

Общая картина, основанная на сумме эмпирических данных (fornit.ru/ax1-18, fornit.ru/ax1-15, fornit.ru/ax1-35, fornit.ru/ax1-55) предоставляет достаточно данных по теме механизмов организации стилевых контекстов.

Три базовых состояния: Норма, Плохо и Хорошо являются основой всех более специфических поведенческих контекстов просто потому, что каждое из этих состояний напрямую призвано модифицировать такие специфики реагирования как пищевое, половое, поисковое, агрессивное и т.п.. Из них половое не обусловлено гомеостатическими жизненными параметрами, но во многом определяется именно на гомеостатическом уровне (периодами гона). Известно, что каждый из основных стилей поведения может быть "окрашен" одним из базовых состояний: так, поисковое поведение может иметь негативную, позитивную или нейтральную основу.

Для каждого из трех состояний базовых стилей поведения эволюция нарабатывает свои безусловные (наследственно предопределенные) рефлексы. К примеру, вот какими могут быть безусловные рефлексы для позитивной, негативной и нейтральной основы поведенческого стиля "поисковое поведение":

1. Позитивная основа:

·         поиск пищи при чувстве голода;

·         поиск укрытия или места отдыха при усталости;

·         исследование новых территорий при любопытстве.

2. Негативная основа:

·         избегание опасности (например, поиск безопасного места при угрозе);

·         отказ от испорченной пищи (поиск свежей еды).

3. Нейтральная основа:

·         поисковое поведение без ярко выраженной эмоциональной окраски (например, когда животное ищет что-то конкретное, но не испытывает при этом сильных потребностей).

Для более детальной конкретизации рассмотрим данные из подборки фактических данных исследований по центрам (не)удовольствия: fornit.ru/ax1-18:

В источнике fornit.ru/68564 : Нейроны «центров удовольствия» выделяют дофамин в процессе реакции на определенный приятный для человека стимул, а также на предвкушение его получения. Стимул может быть каким угодно: сексуальным, сенсорным, внешним, внутренним. Это может быть еда, а может — лицо любимого человека.

В источнике fornit.ru/7317 : В результате экспериментов стало ясно, что эффекты, связанные с количеством дофамина в мозге, весьма неоднозначны. Выяснилось, что этот нейротрансмиттер оказывает больше влияния на мотивацию, чем на само ощущение удовольствия. У людей тоже более отчетливо прослеживается связь между уровнем дофамина и тем, как энергично они заявляют о своем желании получить награду, и почти не наблюдается связи с тем, как много они говорят о том, что лакомство им нравится. То же самое может происходить и в случае развития наркотической зависимости.

... активация электродов, повышающих уровень этого нейромедиатора в прилежащем ядре, побуждает крыс есть и пить, но не делает пищу более приятной, а скорее наоборот, лакомство становится невкусным. Крысы, которых заставляли питаться при помощи электрической стимуляции, трясли головами и вытирали морду (признаки сильного неудовольствия), как будто электрический ток превратил сладкое в горькое. Подобные результаты свидетельствуют о возможности существования в мозге сразу двух различных механизмов, один из которых контролирует желание крыс есть корм, а второй отвечает за то, чтобы пища им нравилась.

Пропускание электрического тока через классические «электроды удовольствия», вызвало, как минимум у одного пациента сильное желание пить. У других электрическая стимуляция «включала» сильное сексуальное желание.

Поэтому мы предположили, что настоящие «центры удовольствия» (которые непосредственно отвечают за возникновение данного чувства) должны входить в состав структур, уже идентифицированных как часть системы, связанной с подкреплением.

Из этих данных следует, что в системах на рефлекторном уровне центр удовольствия активируется не при возврате жизненных параметров в норму, а задолго до этого. При нахождении с помощью безусловных рефлексов объекта, способного восстановить норму, возникает угасание условий для поиска и необходимо запустить программы действий для удовлетворения потребностей. Для этого необходим контекст, заставляющий удовлетворять эту потребность до тех пор, пока не иссякнет активность рецепторов потребности.

Если животное испытывает жажду, голод, запускается поисковое поведение - цепочка инстинктов, для действий по нахождению источника. Когда источник найден и опробован, что это действительно то, что нужно, то поиск заканчивается. На этом могло бы закончится и поглощение воды или еды. Но сразу же мощно включается центр удовольствия и животное продолжает восполнять потребность. Т.е. еще не восстановлены жизненные параметры, но удовольствие уже есть и сохраняется до тех пор, пока жизненные параметры не будут восстановлены (и даже позже, если поглощение слишком быстро). Тогда центр удовольствия гасится.

Животное совершает действие снова и снова, пока получает удовольствие.

В этой схеме центр удовольствия (Хорошо) не является конкретным антагонистом центра Плохо. Рецепторы выхода параметра из нормы гасятся по мере удовлетворения потребности и это происходит в зависимости от конкретно вида потребности. Так, чтобы погасить рецепторы голода, нужно насытить кровь глюкозой, а это случится после достаточно долгого переваривания пищи. Рецепторы же гона могут гаситься быстро, по сигналам осуществления оплодотворения.

Однако при всем при этом базовые состояния Плохо и Хорошо являются антагонистами в системе организации базовых контекстов и не могут быть активными одновременно. Это значит, что между ними есть взаимное торможение, не прямое (латеральное), а с помощью более сложного механизма выбора.

Возникает явное противоречие. Но по рассмотренным данным ясно, что существуют несколько совершенно разных центров удовольствия, различающихся как локализацией в мозге, так и функциональностью (fornit.ru/68565). Отсюда прямо следует, что общее состояние Хорошо формируется как общая совокупность таких центров. И то, что берет на себя функции трех базовых состояний - это не то, что обеспечивает полноту удовлетворения потребностей.

В прототипе индивидуальной адаптивности Beast (fornit.ru/beast) нет таких противоречий, потому что любое удовлетворение потребностей происходит мгновенно и нет необходимости удерживать процедуру выполнения. Т.к. у Beast все очень упрощено на уровне гомеостаза, то нет множества сложных механизмов организации поисков по инстинктам и удовлетворения потребности пока не восстановятся жизненные параметры. Хотя можно и это смоделировать, но совершенно не нужно.

Остается только одна функциональность: базовое состояния (1, 2 или 3) с конкурентностью взаимного гашения. Но для нейрофизиологов будет непонятно и вульгарно выглядеть столь упрощенное рассмотрение центров Плохо и Хорошо (кстати, должен быть центр Норма). Так что, если об этом заходит речь в детализации модели, можно сделать более приближенной к реальности систему 1,2,3 базовых состояний, просто задав время на удовлетворение потребностей и разделив функциональности.

Но ведь природа усложняла адаптивность на основе именно полной функциональности и то, как это сработало на уровне психики, прояснить не просто, но, похоже, что там возникли настолько новые принципы, что древние просто остались недоразвитыми.

В представленной модели очевидно, что эволюцией наработаны контекстно-зависимые цепочки безусловных рефлексов, которые могут ветвиться при особенностях условий и ситуации. И базовому мотиватору достаточно активировать пусковой стимул такой цепочки, чтобы поведение началось. Так, если ушел порог гона (это удобная для примеров шкала), то запускается половое поведение, особь демонстрирует влечение. Увидел самку, тут же оценивает ее по приемлемости (напоминаю, что - это пример сложного ветвящегося инстинкта), если у нее прыщ на носу, у особи возникнет протест и только сильно зашедший гон или водка может такую помеху пересилить.

Данная последовательность безусловных действий ветвится от тех условий, которые были эволюционно учтены в виде наследственно предопределенных механизмов. И процесс совершенствуется постоянно. Только самые молодые концы ветвлений подвергаются мутациям, и совершенно случайно может оказаться продолжение цепочки, дающее конкурентное преимущество. Это и есть эволюционная механика инстинктов, основанная на мутациях: fornit.ru/evolution.

Описанные базовые принципы характерны для всех живых существ, так что их минимально необходимый набор может быть критерием отнесения объекта к живому (fornit.ru/64924).

Образы восприятия и действия

Введем ключевое понятие - уникальный распознаватель образа профиля активности или просто образ восприятия. Ключевое потому, что механизма мозга (или любого вида искусственного адаптивного устройства) не имеют дело с исходной рецепцией воздействия и также с конечным массивом эффекторных реакций.

 Каждый нейрон - это распознаватель (fornit.ru/ax1-26). Даже вставочные нейроны имеют такую, но предельно редуцированную функциональность. Каждый нейрон - это уникальный распознаватель образа, потому как есть только один выход для результата распознавания и если все нейроны пронумеровать, то каждому распознавателю можно присвоить уникальный идентификатор ID - число, его уникальный номер. Вот с таким символическим представлением имеют дело все механизмы мозга - они работают только с ID распознавателей образа и боле ни с чем иным. Для нейробиологов это - номера нейронов в профиле возбуждения распознавателя (это раскрытый распознаваемый образ) и номер нейрона самого распознавателя (это символ образа, заменяющий его).

Это приводит к тому, что последующие распознаватели имеют дело с некоторым достаточно ограниченным количеством ID предыдущих нейронов. Данный распознаватель совершенно не в курсе, что там было раньше, он не в курсе вообще какие рецепторы внешних воздействий оказались активными, он имеет дело только с ID связанных с ними нейронов. Это необходимо и достаточно для работы всего мозга.

Первичные рецепторные преобразовали воздействия внешнего мира на уровне профилей первого слоя распознавателей образуют самые примитивные распознаватели возможных сочетаний активностей на их входах (примитивы восприятия). Так, для зрительного канала - это разного размера и цвета точки, линии разного наклона, дуги, кружки, углы и т.п. Следующий слой распознавателей формируется когда закончится период специализации предыдущего. Начинают формироваться распознаватели более сложных сочетаний: кружки с линиями, кружок любого типа, линия любого типа и т.п.

Кстати, заметим, что если у вторичного распознавателя все входы будут иметь максимальную проводимость, то возникнет распознавание любого из активных элементов (оператор ИЛИ) и линии разных размеров и наклонов будут распознаваться как общая категория "линии".

Последний слой - это распознавание максимально сложных образов вроде узнавания бабушки или знакомого (fornit.ru/2491).

Понятно, что чем дольше период специализации, тем полнее будет набор образов для уверенного распознавания. Если не сформировались распознаватели вертикальных полос, то в жизни придется обходиться без них (fornit.ru/334).

У всех животных разные периоды специализации слоев в мозге, оптимизированные для жизни и возможностей в данных условиях. У человека наиболее длительный период формирования слоев в лобных долях, что дает ему огромные преимущества. Кроме того, у человека наиболее разнообразны наследуемые механизмы обработки информации в лобных долях по сравнению со всеми другими животными. Эти два фактора и вывели эффективность индивидуальной адаптивности человека в большой отрыв от других животных в области творчества.

Мы видим, что для восприятия строится иерархия все более усложняющихся распознавателей. Для осуществления моторных реакций так же формируются образы, т.е. ID нейронов, которые образуют иерархию целостного действия по отдельным элементам.

Конечный образ, каким бы сложным он ни был - это всегда активность определенного распознавателя, имеющего свой ID. При этом активны все составляющие такого образа. Возникает активная ветка дерева распознавания с конечным распознавателем общего образа - который является символом данного образа и заменяет его в операциях механизмов адаптивности. И узлы этого дерева состоят только из ID (простых положительных чисел).

В силу взаимного перекрытия входных профилей, в природной нейросети при распознавании активен не один из нейронов (какой-то нейрон образа бабушки), а светится пятно с центром наибольшего совпадения. Это дает надежность и помехоустойчивость, но это не принципиально.

Образы восприятия и действия - основные элементы входа и выхода адаптивной системы. По их ID происходит обработка во всех видах механизмов мозга или любой искусственной адаптивной системы вроде системы Beast (fornit.ru/beast).

ID образов являются основным принципом кодирования всех промежуточных данных в системе адаптивности любого вида реализации и этот принцип освобождает от необходимости использовать именно нейроподобные схемы распознавания в системе. В случае программной реализации вместо нейронов используются непосредственно ID образов, представленных в виде программных структур данных.

Выделение и представление образов восприятия

Внешний мир организм воспринимает с помощью клеток, чувствительных к определенным видам воздействий. Есть животные, которые вызывают такие воздействия с помощью локаторов, например, летучие мыши свистят ультразвуком, отражающегося от предметов и воспринимаемого направленными ушами - приемниками с чувствительными элементами, преобразующими звук в электрические сигналы для нейронов.

Любые сенсоры организма преобразуют внешнее воздействие в унифицированный электрический сигнал. Это значит, что организм воспринимает внешний мир не по его реальным характеристикам, а по совершенно однотипным электросигналам, и вся разница в том, откуда они приходят. Важна только причинно-следственная связь: такой-то электросигнал соответствует воздействию такого-то вида поля или вещества. Ожог - отдернулись от места ожога.

Этот принцип унифицированных сигналов, различающихся лишь уникальностью направления источника, используется в любой части мозга. Все, с чем оперируют нейроны мозга - это ID образов (ID - уникальный идентификатор или номер нейрона-распознавателя в виде простого целого числа), это - универсальный и простой язык мозга, который так ищут исследователи субстратов и сигналов сознания. Конечно, в природном мозге нет никаких таких чисел, но есть уникальные источники сигналов, а вот в программной реализации, где нет связей в виде нервов (аксонов), используются именно ID. В любом случае при схемотехническом описании корректно использовать ID источника сигнала так же, как нумеруются транзисторы в электро-схемах.

Из первичных элементарных воздействий первый слой нейросети восприятия выделяет самые простые сочетания, например, для канала зрения - точки разной величины, линии разного наклона и толщины, дуги, углы, окружности и т.п. Это делается совершенно автоматически по мере засвечивания разными воздействиями первого слоя распознавания образов. На это дается определенное время формирования примитивов, за которое организм успевает выделить то, что ему попадается, с тем он и будет иметь дело дальше. Если котенку в такой период не показывать вертикальных предметов, у него не образуются примитивы вертикальных линий, и он будет натыкаться на стоящую швабру, участь распознавать ее косвенными признаками. У каждого образа простейших примитивов есть свой ID, с которым будет работать последующий слой. От природного воздействия остается только его актуализация, что вот было такое воздействие с такой-то формой картинки, звука, вкусовой палитры и т.д. в виде иерархии усложняющихся с каждым уровнем распознавания образов.

Можно заметить, что на уровне самого первого слоя примитивов распознавания нет никаких чисел и букв, тем более нет кубов и сложных фигур, тем более нет лиц и панорам. Есть только точки, линии, дуги. Из них (точнее из сочетаний их ID) следующие слои образуют более сложные образы.

Понятно, что, хотя активность вертикальных линий и соответствует длинным вертикальным предметам, но - только для масштаба восприятия данной особи. Маленькая вертикальная линия будет не отличима от точки у особей с менее развитым сенсорным аппаратом, а для орла даже на большом расстоянии то, что для нас - неразличимая точка, будет различаться в значащих деталях.

Свет, отраженный от предметов, в очень слабой части характеризует свойства, в том числе оптические, предмета. Да еще это зависит от освещенности, температуры, прозрачности воздуха и т.п. Смотря на освещенный ярким белым светом алмаз, мы видим не столько его форму, как множество переливающихся бликов внутренних отражений. Так что во многих случаях причинно-следственные взаимосвязи восприятия оказываются ложными, иллюзорными.

В природе нет никаких выделенных объектов и это звучит странно, мы же видим определенные фигуры. Но фигур нет на уровне квантов и их взаимодействий, там есть только вероятности распределения возмущений (формализуемые волновыми функциями) и законы квантовомеханической неопределенности, заставляющие все это флуктуировать во взаимодействиях с вакуумом. На квантовом уровне нет четких границ между объектами, как это воспринимается в макроскопическом мире, а только области вероятности и взаимодействий, которые проявляются как наблюдаемые явления на макроскопическом уровне. Только кванты, их вещественное состояние и флуктуации виртуальных пар вакуума составляет общую картину состояния мира (fornit.ru/216). Невозможно оперировать всем этим многообразием, чтобы составлять хоть какую-то предсказательную картину, но в организмах за счет выделения отдельных взаимодействующих с сенсорами элементов, возникает корреляция причин и следствий, на которой можно строить механизмы адаптивности. И далее, все в большей степени такие элементы выделяются в объекты, наиболее часто встречающихся воздействий, аналогов которых вообще нет в природе, но зато на эту зафиксированную статистику можно полагаться с определенной надежностью. И такая статистика зависит от того, насколько часто и как именно повторялись события при развитии системы образов данного организма.

После слоя наиболее простых примитивов восприятия начинает формироваться слой более сложных отвлечений от реальности, сложность которого ограничена возможностью специализации отдельных нейронов, т.е. не более 10 сочетаний признаков в одном образе. И так далее до области, где все виды сенсорных образов образуют общие совокупные образы.

Так, строго по порядку формируются слои все более сложных образов, которые моментально выделяют из окружающего то, что на это более всего похоже. И похожесть порождает иллюзии восприятия: печатную единицу можно перепутать с символом I латинского алфавита, а уж рукописные символы вообще чаще всего можно различить в контексте целого слова, а то и фразы, применяя уже высокоуровневые сознательные методы сопоставлений и обобщений уровня психики (fornit.ru/69403).

Набор слоев примитивов восприятия у человека формируется дольше, чем у любого другого животного, образуя более богатые и разнообразные коллекции, что дает ему одно их преимуществ.

Образы восприятия рефлекторной части мозга - это уровни отвлеченности от общего поля взаимодействий квантов в мире. С каждым слоем распознавателей примитивов восприятия возникает все более отдаленная от природы система уникальных образов. А на уровне психики образы отзеркаливаются в совершенно независимые абстракции, характерные тем, что они могут произвольно видоизменяться, корректироваться и применяться.

При этом все, с чем оперирует мозг, включая сознание - это ID образов - простые целые числа, это его язык, соответствия объективной и субъективной реальности.

Проблема корректировки распознавания образов, в том числе рукописных символов, решается на уровне психики, потому что как только возникает такая проблема, она начинает исследоваться и находится решение, которое в данных условиях уже моментально будет восприниматься правильно. Осознанная произвольность оказывается в состоянии решать такого рода проблемы, формируя свои абстракции и представления. И если ребенку нужно вчитываться в слово, разбирая его по буквам, то взрослый видит его сразу моментально, потому что уже сформирован образ целого слова со своим ID, которым взрослый оперирует как с символом, заменяющим все буквосочетания, но в любой момент может разглядеть составляющие буквы слова (слова фразы, фразы тематического образа).

Гомеостатические контексты поведения

Гомеостаз — это способность живых организмов поддерживать постоянство своего внутреннего состояния. Это может происходить как на уровне физиологических процессов, так и на поведенческом уровне.

Гомеостатические механизмы могут включать в себя осознанные действия, но также могут быть автоматическими и бессознательными реакциями организма на изменения окружающей среды или внутренних параметров.

Гомеостаз включает в себя все процессы, направленные на поддержание стабильности внутренней среды организма и возвращение её показателей к норме. Понятно, чтобы поддерживать постоянство, необходимо возвращать все отклонения в норму. Должен быть датчик состояния нормы для всех жизненных параметров гомеостаза и должны быть оптимизированы пороги, когда данный параметр требует возврата в норму и когда отклонение опасно для жизни, что вызывает разные виды поведенческой компенсации в зависимости от условий. Это - очень непростая система, и ее поддержкой заняты обширные зоны мозга с огромным числом ветвящихся от условий рефлексов.

Система регуляции гомеостаза выявляет, какие стили поведения (пищевое, поисковое, оборонительное, агрессивное и т.п.) нужно активировать для того, чтобы предусмотренные для них реакции привели к восстановлению параметров.

Каждая реакция полезна и уместна только в границах определенных условий. В других условиях она может принести вред или оказаться просто бесполезной.

Если бы условия запуска реакции учитывались в виде логического сочетания всех необходимых признаков (в программировании с помощью операторов И - ИЛИ, а в электроустройствах - в виде логических элементов), то возникали бы сложнейшие и запутанные конструкции.

Поэтому для каждой реакции необходим определенный контекст, в котором она только и может запускаться.

Эволюция начала такое разделение с помощью набора нейромедиаторов, но это оказывается слишком неспецифическое воздействие, годное для самых общих видов реакций. Тот же принцип, но с использованием гормонов в природе осуществлен для самого общего управления внутренними режимами работы органов. Множество тупиков эволюции остановило на этом развитие видов. Эта неспецифичность здорово мешает при попытках конкретного реагирования с использованием схемотехнической передачи возбуждений, но природа сумела оптимизировать такое взаимодействие, хотя оно часто приводит в неожиданным и вредным последствиям. В искусственных системах нет никакой необходимости использовать для управления нейромедиаторный и гормональный фон. Но у человека он есть и от него не отмахнешься.

Приведем примеры контекстного (т.е. в зависимости от условий) реагирования. Контекст "сейчас ночь" может ветвиться на более частные контексты "я дома", "я на улице" и т.п. В каждом из частных контекстах могут быть уточняющие, так для "я дома" - это будет: "я лежу в постели" и еще более уточняющий "я не могу уснуть". Для запуска команды на программу действий "встать и съесть таблетку мелатонина" нужен еще какой-то пусковой стимул, например, посмотрев на часы, увидел, что уже 2 часа ночи.

Можно заместить, что в данном случае мы имеем один сложный образ, уточняющий факт пребывания в кровати. Он состоит из более простых, которые и образовали иерархию. У этого привычного образа есть ID, пусть будет ID=3459123123. Получается, что если активен образ 3459123123, то при стимуле "уже 2 часа ночи" с ID=223543534 начнется привычная программа действий с ID=11995345. Вот такие дела. Схема такого устройства очень проста, они и реализуется просто и эффективно как рефлекс.

Это обеспечивает простую и точную систему запуска реакции в подходящих для нее условиях.

Но есть еще более базовые условия - текущее состояние организма, наиболее общее состояние гомеостаза (fornit.ru/324), точнее - его жизненных параметров (fornit.ru/68571). Наиболее общих состояний всего три: Норма, Плохо и Хорошо. Каждое из них определяет несколько возможных комбинаций подходящих стилей поведения из набора видов поведения: пищевое, половое, поисковое, оборонительное, агрессивное и т.д.

Так что в иерархии условий все начинается с базового уровня текущего состояния организма, затем идет уровень сочетания активных стилей поведения (это сочетание - тоже образ со своим ID).

Такой принцип организации иерархии называется деревом, и он повсеместно используется в природной реализации представления данных, не только образов восприятия и образов действия, но и обслуживающей психику эпизодической памяти (fornit.ru/66797).

Никакая система специально не контролирует то, как активируются ветки дерева, это - свойство самого дерева. Оно состоит из уровней, каждый из которых отвечает за данный вид образа. Образ может активироваться только если активен предыдущий уровень - его контекст. При внешнем воздействии начинается поиск по дереву: 1) какое из базовых состояний активно - такой первый узел ветки загорелся. Теперь возможна активизация только продолжения этой ветки. 2) Какой образ сочетания базовых стилей поведения активен - это активирует второй узел ветки. 3) Какой самый примитивный образ стимула активен (точки, линии, кружочки) - третий узел. 4) Какой более сложный образ активен в контексте дочернего? и т.д.

А что с одновременным распознавание зрительных и других видов образов?

Дело в том, что определяющим в активации дерева является конечный, самый сложный образ, включающий в себя все остальные. И тогда бы было достаточно всего трех уровней в дереве (что и наблюдается у более простых организмов, у которых кора имеет три слоя: у рептилий, ехидны и утконоса). Но для сложных, чтобы оптимизировать поиск по дереву, нужно определить, какие узлы этого самого сложного образа включить в уровни дерева как ключевые. Третьим уровнем может быть образ сочетания активностей видов рецепции: (зрение, слух, обоняние и т.п.) т.е. для каждого вида сочетаний - свой ID образа.  Это решает проблему равномерного распределения образов при одновременном распознавании нескольких видов рецепции. Для всех сочетаний 7 видов рецепции понадобится 127 образов.

Вопрос о том, организована ли в мозге полноценная структура дерева, конечно, интересный. С одной стороны это, вроде бы очень затратно, дублировать распознаватели одного и того же образа для разных контекстов, например, распознаватель образа круга - для каждого из стилей поведения. Но такой прямолинейный подход для мозга естественен и освобождает от множества проблем. И тогда образ круга в разных контекстах будет иметь разные ID (что и наблюдается в системе Beast). Это наблюдала еще Н.Бехтерева, которая пыталась найти нейронные корреляты слов, что дало бы легкий инструмент для осуществления технической телепатии. Но оказалось, что нейрон, отзывающийся на данное слово в других условиях, молчит, а активен совершенно другой нейрон. Бехтерева назвала это явление "гибкими звеньями мозга" и задание партии и правительства по осуществлению технической телепатии пришлось остановить. Но если бы Бехтерева нашла нейроны, отвечающие за определенные условия (а те тоже срабатывают в зависимости от еще более общих условий), то она смогла бы сделать таблицу корреляций.

Дерево как структура данных организует последовательность категорий потому, что предыдущий узел дерева, от которого расходятся дочерние узлы, означает то общее, что объединяет более частные образы.

Практически никогда не бывает, что в восприятии с абсолютной точностью повторяется уже знакомый образ, всегда в восприятии есть что-то новое, но последний активный узел позволяет идентифицировать образ. Если активировался не самый последний из существующих узлов, это означает, что в образе есть существенный компонент нового, на что может отрабатывать "детектор нового". И чем более общий узел дерева активируется, тем более существенна эта новизна.

Такая ситуация особо актуальна, т.е. требует повышенного внимания, и эволюция сформировала механизм "ориентировочного рефлекса", подключающего к данной ветке канал обработки образа в лобных долях. На уровне психики активность не последнего узла, а категории позволяет предположить наличие свойств нового образа, схожего в чем-то с уже известными свойствами более общего образа категории.

Каждая ветка дерева восприятия при своей активности определяет то, какие реакции могут быть запущены. Активной может быть только одна ветка, точно распознающая всю совокупность условий.

Если не активировался ни один из конечных узлов всех веток, а это может быть в случае совершенно незнакомого стимула, то система зависает в неопределенности, организм оказывается в обездвиженном состоянии и только на уровне психики за счет произвольности возможен набор опыта выхода из такой ситуации. Так, если курицу взять за лапы, перевернуть и опустить на землю, а перед клювом провести мелом линию, то система управления курицы зависнет на время, пока не последует знакомый для нее стимул. Такое зависание - основа "гипнотического" воздействия по методу Эриксона.

Каждый узел веток дерева - это ID соответствующего образа, т.е. просто число. Первый уровень может иметь одно из трех значений: 1 (Норма), 2 (Плохо) или 3 (Хорошо). И так далее.  Получается простая, быстрая и точная система контекстов, определяющая условия срабатывания рефлексов.

Такое дерево определяет контекст не только для рефлексов, но и вообще всего, что может происходить в данных условиях - любые механизмы, которые могут отрабатывать свою функцию, даже не рефлекторного характера, т.е. механизмы произвольности на уровне психики.

Как уже говорилось, в природном мозге существует более древнее, чем стили поведения, альтернативное решение для разделения условий реагирования - нефромедиаторный фон. Нейромедиаторы, такие как допамин, серотонин, норепинефрин и ацетилхолин, формируют фон, призванный разделять реакции по условиям, в которых они выполняются.

Например, высокая концентрация допамина может быть связана с мотивацией и вознаграждением, тогда как высокие уровни серотонина связаны с настроением и эмоциональной стабильностью. В условиях стресса мозг может активировать выработку норадреналина и кортизола, что способствует повышению внимания и бдительности, но также может привести к нарушению сна и аппетита. В условиях удовольствия и мотивации мозг может увеличивать уровень дофамина, что стимулирует желание к действию и получению вознаграждения.

Эта дополнительная контекстная регуляция сосуществует с активацией стилей поведения настолько плотно, что дисбаланс в уровне нейромедиаторов может привести к различным психическим и эмоциональным расстройствам, таким как депрессия, тревожные расстройства и нарушения сна.

Нейромедиаторная регуляция основывается на том, что нейромедиаторы передают сигналы между нейронами, обеспечивая их взаимодействие и координацию. В зависимости от ситуации, нейромедиаторный фон может усиливать или ослаблять определённые реакции.

Это усложняет регуляцию, привнося в нее множество неожиданностей и возможных сбоев. Как это обычно бывает в природной реализации, такая регуляция, использующая принципы передачи возбуждения между нейронами, является избыточной сущностью (как и сами нейроны в программной реализации) и в случае искусственной реализации ее следует полностью заменить на контексты условий в виде деревьев.

Основы системы значимости

Значимость здесь - это величина негативного или позитивного состояния, оцениваемого самим организмом (а не придаваемая учителем извне). Значимость всегда имеет отношение к тому образу, который оценивается как то, что он означает для организма в данных условиях. Например, образ зеленого листа может иметь негативную значимость, если опыт показал его вред для организма и величину вреда в условных единицах. Так, если поедание листа привело к легкому отвращению от неприятного вкуса, то отрицательная значимость вкуса переносится на значимость листа. Наоборот, если лист оказался приятно кисленьким и вкусным, то его значимость в результате опыта становится позитивной.

Значимость - всегда целое число, которое может быть отрицательным или положительным. Это позволяет сравнивать значимости. Что это за число, откуда оно берется и какова может быть его величина?

В природной реализации это число ограничено возможностью нейрона различать градации потенциала на своем входе (количество различаемых дискретов срабатывания). Множество дестабилизирующих факторов в природной нейросети (несмотря на гематоэнцефалический барьер и поддержание температуры) не позволяют нейрону отрабатывать порог с высокой точностью. Это не сильно влияет на воспроизводимость результатов распознавания (т.к. природные персептроны имеют упрощенные характеристики), но то, что демонстрируют искусственные многослойные персептроны, в которых веса связей задаются с большой точностью, природному нейрону недоступно. В динамический диапазон нейрона помещается только около 10 дискретов (он различает активность не более 10 входов и не сможет воспроизводимо различать активности большего числа нейронов, хотя к одному нейрону могут подходить около 10000 синапсов).

Поэтому и величина значимости ограничивается примерно от -10 до +10, а более точные градации просто не имеют смысла. -10 - максимально возможная негативная значимость, а +10 - максимум позитива. Когда нейроны в "центре удовольствия" мозга стимулируют током, то они возбуждаются как от максимально возможной значимости.

Общий контекст значимости задается базовыми состояниями Норма, Плохо и Хорошо. А величина - отклонениями от нормы отдельных жизненных параметров (fornit.ru/324). Это отклонение нормализуется механизмами активации подходящих контекстов (стилей) поведения.

Если условная величина негативной значимости была, скажем, -4 (не слишком опасная величина отклонения и не слишком мотивирующая потребность), а в результате возникших в ответ действий жизненные параметры вернулись в норму, то возникает позитивная значимость +4 - отражающая удачность действий. На уровне психики такие действия записываются в эпизодическую память (fornit.ru/6756) в виде удачного правила (образ действий в ответ на стимул), со значимостью +4. В случае неудачного действия была бы запись негативного эффекта и впредь бы такие действия избегались бы.

Общее состояние организма определяется на основе состояния всех жизненных параметров гомеостаза. Главной целью системы, определяющей значимость, является активация базовых поведенческих контекстов (основных стилей поведения), которые обеспечивают восстановление нарушенных жизненных параметров. Это не просто конкурентность взаимным торможением. В системе учитывается степень отклонения и важность каждого из параметров. Так удушье важнее, чем жажда, а жажда важнее голода.

Модель гомеостаза в принципах механизма учета состояния жизненных параметров описана в научной статье: fornit.ru/vak3.

На уровне рефлексов нет эпизодической памяти и опыта эффективности действий. Но есть система механизмов, обеспечивающих продолжительность действий (подробно об этом: fornit.ru/68571) до полного удовлетворения потребностей (возврата жизненных параметров в норму).

Еще на уровне рефлексов есть механизм выявления наиболее актуального образа из всех активных стимулов, который является основой развитого "ориентировочного рефлекса" для процесса обработки стимула на уровне психики. Актуальность образа выявляется как наиболее значимый образ, содержащий элементы новизны (актуальность - максимум значащей новизны).

Рефлекторные механизмы или "инстинкты"

Любые системы мозга развиваются за счет последовательного совершенствования предыдущих состояний. Все новые образования, в отличие от старых, особо подвержены мутациям, выявляющим удачные изменения (т.е. организм даже не надеется на внешние мутагенные факторы). Это, например, механизмы соматической рекомбинации и гипермутации, которые используются иммунной системой для создания разнообразия антител. Также сюда относятся эндогенные ошибки репликации ДНК и редактирование РНК. Эти процессы могут происходить спонтанно и приводить к изменениям в генетическом материале, независимо от воздействия внешних мутагенных факторов.

Так эволюционно поэтапно образуются механизмы мозга, которые могут достигать любой сложности.

Цепочки безусловно-рефлекторных реакций назвали "инстинктами". Они ничем не отличаются в принципе образования от любых других наследуемых механизмов мозга. Каждый "инстинкт" может быть дополнен новым реакциями для новых условий так, что получается разветвленная сеть, срабатывающая в зависимости от возникшей ситуации. И все это передается генетически по наследству. При этом используются уже имеющиеся механизмы.

О том, как это получается передать в ограниченном коде ДНК столь сложную информацию: fornit.ru/806. Этот принцип кардинально влияет на то, какие изменения возможны при мутациях: возможны только значительные, скачкообразные изменения.

Инстинкты могут представлять собой очень сложные ветвящиеся от условий цепочки безусловных рефлексов. Каждое ветвление - результат совершенствования системы данного инстинкта в определенных условиях. У каждого инстинкта есть один пусковой элемент, а далее выполнение идет с учетом условий.

В природе наработаны настолько изощренные деревья инстинктов, что внешне их невозможно отличить от результатов разумной длительности, потому что разумная деятельность так же продуцирует автоматизмы, выполняющиеся без осознания в привычных условиях.

Вот примеры сложных, ветвящихся от условий инстинктов:

·         Пищевое поведение включает в себя поиск, добычу, обработку и усвоение пищи, а также регуляцию аппетита и насыщения. Оно зависит от вида пищи, её доступности, вкусовых качеств и других факторов. Поиск пищи у муравьев включает в себя разведку, добычу еды, передачу информации о местоположении кормовых ресурсов другим муравьям и возвращение в гнездо.

·         Некоторые виды животных строят сложные гнёзда, норы, плотины и другие сооружения, которые могут различаться по форме, размеру, материалу и другим характеристикам в зависимости от условий окружающей среды и потребностей животного. Строительство улья у пчел включает сбор и обработку нектара и пыльцы, построение сот, уход за личинками и охрану улья.

·         Охота. У пауков охота включает плетение ловчей сети, настороженную реакцию на вибрации, идентификацию добычи и подходящее время для атаки.

·         Брачное поведение. У насекомых, птиц и млекопитающих брачное поведение может включать в себя сложные ритуалы ухаживания, которые зависят от пола, возраста, социального статуса и других факторов.

·         Миграция — это сложный инстинкт, который включает в себя поиск пути, ориентацию по звёздам, магнитным полям и другим ориентирам, а также адаптацию к изменениям климата и ландшафта. Миграция у бабочек монархов включает долгие перелёты, использование солнца и магнитного поля Земли для навигации и выбор мест для кормления и размножения.

·         Социальное поведение, например, у термитов включает поддержание термитников, разделение труда среди каст, а также уход за яйцами и новыми членами колонии.

·         Оборонительное поведение может проявляться в различных формах, таких как бегство, ступор, агрессия и т. п., в зависимости от вида угрозы, её интенсивности и возможности избежать опасности. Защитное поведение у некоторых гусениц включает выброс химических веществ, имитацию внешнего вида других животных и сложные стратегии уклонения.

·         Родительское поведение у многих видов животных проявляется в сложных действиях, которые зависит от возраста и состояния потомства, наличия или отсутствия других родителей и т. д.

·         В группах животных существует сложная система иерархических отношений, которая зависит от пола, возраста, размера, силы и других характеристик особей.

Если особь попадает в новые условия, то цепь выполнения инстинкта может оборваться (ступор) или привести к реагированию, фатальному для данной новизны условий.

Новые условия, делающие неприемлемыми старые реакции - это настолько актуальный и частый случай, что организмы, развившие способность исследовать и оценивать новизну, пополняя жизненный опыт и вырабатывая более подходящие продолжения действий, получили несравнимо высокое преимущество. Поэтому и начала формироваться психика - как система выработки альтернативных реакций, а сам феномен применения альтернативных реакций назвали произвольностью.

Самые элементарные безусловные рефлексы - отдельные нейроны, и они всегда обрастают продолжением последующей активности, так что, согласно академической классификации, практически все в мозге - "инстинкты". Это довольно обескураживает и обесценивает такую классификацию, так что будем применять слово "инстинкт" с оглядкой на сделанное замечание.

Условные рефлексы

Инстинкты управляются только теми условиями, которые были запрограммированы наследственно. Чтобы расширить их возможности, появился механизм клонирования рефлексов для новых стимулов - условные рефлексы.

Появление механизма, использующего реализованный моторный (т.е. запускающий программу действий) безусловный рефлекс для расширения числа стимулов, способных активировать реакцию, привело к механизму, названному "условным рефлексом" или короче - "условному рефлексу". Условный рефлекс - синоним имеющегося предшествующего рефлекса (безусловного или условного), который запускается другим стимулом. Дополнительный стимул для запуска формируется в виде повторений срабатывания основного рефлекса при условии присутствия нового стимула и тогда, по условиях образования новых связей, пусковой элемент рефлекса начинает активироваться таким новым стимулом.

Условные рефлексы всегда возникают после рождения особи и не наследуются (fornit.ru/807). Это - примитивный способ индивидуальной адаптивности к специфике окружающих условий.

Этим, казалось бы, определен механизм условного рефлекса, но его появление привело к некоторым проблемам, и механизм обрел особенности. Кроме того, стоит отметить определенные расхождения в классическом описании условного рефлекса. Это требует следующих пояснений.

Свойства и условия образования классического условного рефлекса описаны в fornit.ru/5231 и fornit.ru/23273.

В этом есть спорный пункт: "при выработке условного рефлекса должна быть выражена мотивация, например, при выработке пищевого слюноотделительного рефлекса животное должно быть голодным, у сытого - этот рефлекс не вырабатывается". Это говорит об условиях, при которых запускается базовый рефлекс, но он не нуждается в подкреплении мотивационной значимостью потому, что выполняется уже в мотивационном контексте текущего стиля поведения. У голодного животного активен стиль пищевого поведения с негативной значимостью, что никак не назовешь позитивным подкреплением. При виде еды животное сделает попытку ее съесть, при этом получая позитивную значимость на все время насыщения. Сам рефлекс выражается в запуске цепочки поедания данной еды и в его механизме нет значимости. Вторичный, условный рефлекс закрепляется при активности базового простым выполнением условий закрепления связей - многократным повторением, необходимым для окончания фиксации. Больше ничего в этом механизме нет.

Проблема с привязкой новых стимулов к имеющейся реакции в том, что, возможно, этот случай повторения стимуляции был единичным и нехарактерным (дрессировка и т.п.). Продолжительное существование не подтверждаемых в реальности рефлексов приводило бы к нарастанию огромного числа мусорных реакций. Поэтому для условных рефлексов необходим и характерен механизм их угасания (fornit.ru/67286).

Моделирование прототипа индивидуальной адаптивности выявило на практике те свойства условных рефлексов, которые реально должны быть им присущи, воспроизводя их механизм в рабочей среде. Это - пример необходимости обязательного определения граничных условий при любых описаниях явлений (fornit.ru/715). Далее приводятся эти данные.

Для образования условных рефлексов необходимо:

1. Совпадение во времени (сочетание) какого-либо индифферентного раздражителя (условного) с раздражителем, вызывающим соответствующий безусловный рефлекс (безусловный раздражитель).
2. Необходимо, чтобы действие условного раздражителя несколько предшествовало действию безусловного.
3. Условный раздражитель должен быть не вызывающим значительной самостоятельной реакции.
4. Рефлекс возникает только после нескольких повторений сочетаний, это избавляет от случайных связей.
Условный рефлекс может образовываться на основе безусловного или на основе имеющегося условного, используя действия исходного рефлекса для новых условий. Такие цепи рефлексов ничем не ограничены.

Условия затухания условного рефлекса

Чтобы стало возможным сформулировать более полное условие блокировок предшествующего уровня реакций последующим, введем определение автоматизма как термина. Автоматизмом будем здесь называем реакцию, которая была создана механизмами осознания на уровне психики. Автоматизм - структура, которая имеет образ действия, переменную уверенности (число позитивно отработанных случаев) и переменную эффективности (число среднего получаемого эффекта, если отрицательно, то это плохая реакция, которую нужно избегать).

Тогда условия затухания условного рефлекса таковы:

1. Долгое отсутствие пускового стимула (узла ветки, с которого он запускается).
2. Действие конкурентных раздражителей – т.е. подавление конкурентными рефлексами и автоматизмами (- продуктами психической деятельности) – т.е. если есть более значимый рефлекс или любой автоматизм на тот же пусковой стимул, то он блокирует условный рефлекс. В структуре условного рефлекса есть его ранг (число цепочки родителей), чем он выше, тем рефлекс приоритетнее среди других. Автоматизм приоритетнее любого рефлекса. Есть определенные фактические данные исследований по такой конкурентности: fornit.ru/7257.
3. При долгом отсутствии «подкрепления» после совершенного действия условный рефлекс угасает. Но базовые безусловные рефлексы не угасают при этом, они безусловны и по отношению к тому, что происходит после действия и их «подкрепление» – обусловлено наследственной эволюцией: безусловные рефлексы постоянны, даны от рождения и не угасают на протяжении всей жизни. У условных рефлексов точно та же функциональная задача, только с новыми стимулами, значит, им так же не нужно последующее подкрепление. В литературе часто путается отсутствие подкрепления с дезадаптацией, а также условные рефлексы и автоматизмы, образующиеся при осознании.
4. Разные условные рефлексы без подкрепления угасают с неодинаковой скоростью. Более «молодые» и непрочные условные рефлексы угасают быстрее, чем более «старые», прочные условно-рефлекторные связи.

Алгоритм формирования условного рефлекса

1. Условный рефлекс возникает там, где нет безусловного на основе нового стимула N, привязывая к нему действия того рефлекса (условного или безусловного), которое вызывало реакцию ПОСЛЕ данного нового стимула M.
2. Но теперь если в восприятии появляется стимул N, то вызываемый им условный рефлекс перекрывает все рефлексы более низкого уровня, в том числе условные меньшего уровня.
Так что в структуре безусловного рефлекса предусмотрен параметр, который увеличивается, если реакция наследуется от условного рефлекса и тогда рефлекс с рангом выше, перекрывает все что рангом ниже. По умолчанию у безусловных рефлексов rank равен 0.

При разработке было выявлено очевидное заблуждение в классической интерпретации условных рефлексов, утверждающее, что для поддержания условного рефлекса нужно обязательное подкрепление.

Факт: собака перестает бежать к еде по звонку, если не видит еду несколько раз после звонка.

Тут действует именно то, что она не видит еду, оценивает ложность звонка, т.е. у нее не условный рефлекс, а более высокоуровневый осознанный автоматизм, который исследователи путают с рефлексом. Разные условные рефлексы без подкрепления угасают с неодинаковой скоростью. Более "молодые" и непрочные условные рефлексы угасают быстрее, чем более "старые", прочные условно-рефлекторные связи.

Итак, пример: если при прикосновении к миске с водой начало бить током, у животного срабатывает безусловный рефлекс отдергивания. При повторении несколько раз сам образ миски с водой начинает вызывать отдергивание. Это – отличается от классической интерпретации: рефлекс возникает в результате подкрепления (в данном случае отрицательного). Нет, подкрепление уже сопровождает базовый рефлекс отдергивания в контексте стиля защитного поведения, а не является причиной появления рефлекса.

Описанный эффект хорошо наблюдать у кошек не слишком умных пород: они очень трудно поддаются обучению подкреплением, которое предполагает сопоставление произошедшего с событием подкрепления. Если попытаться отучить орать кошку по ночам методом кидания тапочка, то кошка воспринимает такие события в полном отрыве от своего мяукания, это – для нее – свое, особе событие. И сочетания “замяукала” - “получила тапком” не происходит ни на уровне формирования рефлексов (множественным повторением), ни на уровне формирования осознанных автоматизмов.

Дополнительные особенности условных рефлексов

При формировании условного рефлекса могут участвовать другие, казалось бы, очень далекие структуры. Так с новым стимулом, который сопровождается несколькими параллельными действиями, основная реакция могла бы приводить к неточности из-за влияния других действий и изменения равновесия тела. И тут может вступать рефлексы мозжечка (fornit.ru/2349). Видимо, это проявление наиболее древней функциональности мозжечка (fornit.ru/23501), когда еще нет осознанно поставленной цели при контроле точности выполнения цепочки действий (fornit.ru/23500).

Условный рефлекс – первая попытка эволюции адаптировать реакции для новых условий. Для этого потребовался минимально необходимый механизм:

• чтобы не фиксировать случайные связи уже имеющейся реакции с новым стимулом, требуется несколько повторений такого сочетания;
• действие нового стимула должно несколько предшествовать активации уже имеющийся для данных условий реакции – это подтверждает причинно-следственную связь стимула и реакции;
• чтобы поддерживать актуальность сочетаний, долго не востребованные связи теряются, чего нет в случае безусловных рефлексов, а, значит, это специально оптимизированный отбором механизм.

В дальнейшем в ходе эволюции механизмы формирования ответной реакции в условиях новизны, когда старая реакция для данных условий приводит или может приводить к негативным последствиям, все более на уровне субъективного. Следующим этапом развития адаптивности после условных рефлексов являются рефлексы мозжечка, которые начинают формироваться в раннем возрасте для поддержки функции постановки цели в психике, сначала - простейшей гомеостатической цели.

Нейропластичность и рефлексы

Нейропластичность - это способность мозга изменяться и адаптироваться под воздействием опыта, создавая новые связи между нейронами или меняя уже существующие. Это фундаментальное свойство мозга, которое объясняет, как мы учимся, адаптируемся к новым условиям и восстанавливаемся после травм. Понятие "нейропластичность" настолько обще, что не конкретизирует отдельные механизмы и применяется в философском смысле.

Отмеченный ранее общий принцип специализации нейрона (или элементарного безусловного рефлекса) заключается в двух этапах: 1) появление нейрона и его созревание для стадии пейсмеккерной активности, когда он становится способным образовывать связи по закону одновременной активности по обе стороны синапса; 2) специализация в соответствии с реальными воздействиями внешней среды, а это и есть - "нейропластичность".

Живые организмы демонстрируют достаточную для их ареала обитания способность подстраиваться под меняющиеся условия и даже быстро возникающие ситуации.

Существует множество фактов того, что при повреждениях мозгу удается компенсировать утраченное, так что адаптивность сохраняется.

Все это привело к понятию нейропластичности. Но если на уровне виноградной улитки (fornit.ru/7250) нейропластичность заканчивается изменениями на уровне синапсов, то некоторые факты восстановления функциональности после повреждений демонстрируют восстановление с помощью образования нейронов (fornit.ru/ax1-55).

В источнике (fornit.ru/68636) показано: "После травм, таких как инсульты и туберкулез, теряются определенные участки ткани, которые ставят под угрозу способность человека выполнять определенные функции. Таким образом, мозгу необходимо изменить приоритеты функциональных потребностей, которые важны для выживания и благополучия человека. Кора головного мозга перестраивается таким образом, что менее важные функции ослабевают по мере усиления важных функций. Это кортикальное переназначение происходит параллельно с ростом новых связей, что дополнительно усиливается реабилитацией, приводящей к улучшению функционального восстановления. На начальных этапах после травмы было обнаружено, что большие участки мозга выполняют функцию поврежденной области. Со временем эта область становится сосредоточенной в одном регионе в результате кортикальной перестройки. Это обеспечивает некоторое функциональное восстановление как в краткосрочной, так и в среднесрочной перспективе".

Рассмотрим логику возможностей восстановления утраченных функций.

В первичных, вторичных и третичных зонах коры мозга эволюционно предопределенные слои созревают и специализируются для создания коллекции примитивов распознавания и конечных образов восприятия (для моторных зон происходит аналогично). Каждый последующий слой специализируется на основе того, что имеет предыдущий. И это уже далеко от непосредственной рецепции воздействий внешнего мира.

Понятно, что уже специализированный слой, который полностью основан на предыдущем, в случае потерь элементов предыдущего оказывается невосполнимо нефункционален на всю оставшуюся жизнь. То, что распознавалось почти мгновенно, теперь оказывается безучастным пробелом, не воспринимаемым непосредственно. Теперь только если косвенным, обходным путем организм получит информацию о свойствах потерянного элемента в качестве высокоорганизованной памяти жизненного опыта, в какой-то мере восполнится утраченное, но никогда не будет так же эффективно, как первичный распознаватель образа.

Это - фундаментальное граничное условие возможности регенерации системы адаптивности.

Древние безусловные реакции типа стимул-действие

Хотя такие рефлексы и похожи на простейшие реакции типа стимул-действие насекомых, но в ходе развития каждого вида их механизмы претерпевают конкурентную оптимизацию, используя при этом уже имеющиеся возможности, в том числе и базовые контексты (стили поведения). Так что такие реакции активируются уже в определенном стиле, но есть и непосредственные связи от рецепторов к эффекторам. Все зависит от того, происходит ли оптимизация новой части механизмов или они уже закрыты от мутаций последующими слоями совершенствований (fornit.ru/50319). Этим объясняются тупики эволюции: мутировать могут только самые новые образования, и если в каком-то направлении развития организм оказался закрыт от изменений, то он упускает все возможности, которые могли бы предоставить эти точки развития механизмов. Так прекратили совершенствоваться в определенных зонах насекомые, а обезьяны уже никогда не станут человеком.

Вот примеры "простых" рефлексов.

В области оборонительного стиля поведения возникают стрессовые безусловные рефлексы. Есть насекомые, которые в случае непосредственной опасности замирают как мертвые.

У людей рефлекс парализующего страха возникает у плода еще в утробе матери. Этот рефлекс может служить защитным механизмом, который позволяет плоду замирать в ответ на потенциально опасные стимулы, такие как резкие движения или громкие звуки. Это может помочь плоду избежать травм и сохранить свою жизнь. При этом речи не идет о страхе или даже стиле поведения. Это - просто эволюционно обусловленный рефлекс.

Существует множество ранних рефлексов, которые способствуют раннему нейронному развитию, обеспечивая тренировку мышц и координации, необходимых для последующего движения и поведения. Например:

·         Сосательный рефлекс — если что-то положить в рот ребёнка, он начинает совершать сосательные движения. Этот рефлекс помогает ребёнку питаться (стиль пищевого поведения).

·         Бабкин рефлекс: при нажатии на ладонь младенца он открывает рот и поворачивает голову.

·         Защитный рефлекс — при выкладывании на живот ребёнок поворачивает голову в сторону. Это помогает ему избежать механической асфиксии.

·         Рефлекс ползания (Бауэра) — ребёнок пытается ползти, если его положить на живот и подставить ладони под подошвы ног. Этот рефлекс исчезает к 4 месяцам.

·         Хватательный рефлекс (Робинсона) — если прикоснуться к ладони ребёнка, он крепко схватится за палец. Этот рефлекс постепенно исчезает к 3–4 месяцам, но может сохраняться до 7 месяцев.

·         Рефлекс Бабинского: когда вы касаетесь подошвы стопы ребенка, он может выгнуть большой палец и разогнуть остальные пальцы.

·         Рефлекс опоры и автоматической ходьбы — когда ребёнка ставят вертикально, он выпрямляет туловище и стоит на полусогнутых ногах. При лёгком наклоне вперёд делает шаговые движения. Рефлекс исчезает к 1–1,5 месяцам.

·         Плавательный рефлекс -  если младенца опустить в воду, он совершает движения, напоминающие плавание.

·         Тонический рефлекс шейных мышц: когда голова младенца поворачивается на одну сторону, рука и нога той стороны вытягиваются, а противоположная рука и нога сгибаются (поза фехтовальщика).

Древние безусловные реакции типа стимул-действие у человека включают в себя различные виды рефлексов, которые являются врожденными ответами на определенные стимулы. Эти реакции помогают организму быстро адаптироваться к изменениям внешней среды и поддерживать жизненно важные функции.

Примеры древних безусловных реакций у взрослого человека:

·         Сгибательный рефлекс - рука касается горячего предмета, происходит быстрое отдергивание руки, чтобы избежать ожога.

·         Дыхательный рефлекс - повышение уровня углекислого газа в крови вызывает учащение дыхания, чтобы обеспечить организм кислородом.

·         Ориентировочный рефлекс - резкий звук или движение вызывают поворот головы в сторону источника звука или движения, чтобы оценить потенциальную угрозу или интерес.

·         Защитные рефлексы - прикосновение к глазам или носу вызывает моргание или чихание, чтобы защитить чувствительные области от внешних воздействий.

·         Мигательный рефлекс - при раздражении роговицы глаза происходит мигание век. Это защитный рефлекс, который предотвращает попадание инородных тел в глаз.

·         Кашлевой рефлекс - раздражение слизистой оболочки дыхательных путей вызывает кашель, который помогает очистить дыхательные пути от посторонних частиц.

·         Рвотный рефлекс - возникает при раздражении рецепторов корня языка или задней стенки глотки. Этот рефлекс защищает организм от попадания в желудок токсичных веществ.

Многие из этих "простые" рефлексы задействуют множество обширных связей.

Рассмотрим следствия рвотного рефлекса у человека. Каждый испытывал неприятное явление укачивания. При поездке в автомобиле в качестве пассажира (у водителей нет этого) возникает тошнота. Тоже - при катании в карусели или на лодке. "Морская болезнь" и множество других - следствие одного рвотного рефлекса, который оказывается совсем не так прост. Организм не знает, почему именно произошел сбой вестибулярного аппарата, но раньше не было автомобилей и каруселей, а кружение вокруг себя - бывает редко. А вот попадание ядов с незнакомой или испорченной пищей, нарушающих координацию и восприятие - настолько повсеместно, что особи со рвотным рефлексом на такие искажения получили очень весомое преимущество. Неприемлемая форма пищи, раздражающая корень языка (например, при попадании колоска злаковых или рыбьей кости) - так же вызывает эту защитную реакцию. Т.е. рецепция запуска этого рефлекса довольно обширна.

Таким образом, у взрослого человека существуют большое количество безусловных рефлексов, которые представляют собой цепочки более элементарных действий, т.е. то, что называют "инстинктами".

Множество безусловных рефлексов сформированы на уровне спинного мозга:

·         Коленный рефлекс (Patellar reflex) - при ударе по сухожилию под коленом происходит быстрый разгиб колена. Этот рефлекс помогает в поддержании осанки и тонуса мышц.

·         Ахиллов рефлекс (Achilles reflex) - при ударе по ахиллову сухожилию происходит сгибание стопы. Этот рефлекс способствует контролю баланса и походки.

·         Плантарный рефлекс (Plantar reflex) - при поглаживании подошвы стопы происходит сгибание пальцев. Этот рефлекс помогает в защите подошвы стопы.

·         Бабинский рефлекс (Babinski reflex) - при поглаживании подошвы стопы по внешнему краю происходит разгибание большого пальца и веерообразное расхождение остальных пальцев. Этот рефлекс у взрослых указывает на повреждение центральной нервной системы.

·         Сгибательный рефлекс - проявляется в сгибании конечности в ответ на болевое раздражение кожи. Он помогает организму избегать опасности или уменьшить воздействие повреждающего фактора.

·         Разгибательный рефлекс («реакция опоры») - проявляется в разгибании ноги в коленном суставе при опоре на стопу. Этот рефлекс также помогает поддерживать равновесие тела.

·         Абдоминальный рефлекс (Abdominal reflex) - при поглаживании кожи живота происходит сокращение мышц живота. Этот рефлекс помогает поддерживать постуральный тонус и защищает внутренние органы.

·         Анальный рефлекс (Anal reflex) - сокращение анального сфинктера в ответ на раздражение перианальной области. Этот рефлекс важен для контроля дефекации.

·         Кашлевой и чихательный рефлексы (Cough and Sneeze reflexes) - в ответ на раздражение дыхательных путей или носа происходит резкий выдох. Эти рефлексы помогают очистить дыхательные пути от раздражителей.

·         Рефлекс мочеиспускания и дефекации - контролируется спинным мозгом и позволяет опорожнять мочевой пузырь и кишечник.

·         Симпатический рефлекс сосудов - вызывает сужение сосудов кожи, что приводит к снижению теплоотдачи и помогает сохранить тепло в организме.

Стоит заметить, что эти рефлексы обычно срабатывают, несмотря даже на значительную разбалансировку нейромедиаторного фона мозга, который является наиболее древним способом разделить виды реагирования. Действие нейромедиаторного фона перекрывается базовыми стилями поведения (пищевое, половое, поискового и т.д.), организованными нейронными механизмами управления.

Существуют теории вроде того, что кишечная микробиота человека способна управлять поведением людей за счет изменения нейромедиаторного фона, как это бывает с насекомыми. Так А. Панчин утверждает, что этим можно объяснить даже религиозность людей. Но уже гомеостатические стилевые контексты перекрывают это, не говоря о том, что субъективная произвольность перекрывает реакции уровня рефлексов. Так что простой шлепок по заднице у любого человека вызовет несопоставимо большую модуляцию его поведения.

Рефлексы и адаптация к среде

Рефлекторные механизмы помогают организму адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Это включает врожденные рефлексы, такие как реакция на свет, звук или боль, а также условные рефлексы, которые формируются в ответ на специфические условия и опыт.

Рефлексы при их повторении обрастают дополнительными связями 1) с зонами, в которых есть созревшие нейроны в стадии пейсмеккерной активности или 2) со специализированными и активными нейронами (в том числе запуска программ действия) - при условии существования синапсов с нейронами механизма рефлекса.

Так достраиваются наследственно предопределенные, но еще не реализованные реакции.  Рефлекторные цепочки обретают законченность, - по мере непосредственного реагирования на внешние и внутренние условия. Многие первичные рефлексы, завершив свою адаптивную функциональность в онтогенезе, более никогда не отрабатывают.

Возникающие сложные рефлекторные цепи позволяют осуществлять более продвинутые формы адаптации, включая социальное поведение и научение. Примеры таких адаптаций могут включать изменения реакций на температурные колебания, доступность пищи и наличие хищников.

С появлением ранних механизмов психики возникла необходимость связи имеющихся актуальных рефлексов с новым видом активности - автоматизмами, которые формируются при осмыслении актуальных стимулов, связанных с привычными реакциями в данных условий и ситуациях. Для этого возникают первые автоматизмы, основанные на образах действий, запускаемых рефлексами. Эти автоматизмы сначала просто повторяют такие реакции в заданных условиях, но, возникнув, уже блокируют запуск реакций от базовых рефлексов (включая условные рефлексы). При этом появляется произвольный доступ к коррекции цепочек реагирования.

Необходимость в такой преемственности очевидна ввиду того, что у механизмов произвольности нет доступа к механизмам рефлексов и нет никакого другого принципиального решения для этого кроме как формирование базовых автоматизмов на основе реакций. Это было показано в результате моделирования системы индивидуальной адаптивности Beast (fornit.ru/beast).

"Сложные рефлексы"

В нейробиологии под понятием "сложные рефлексы" понимаются реакции, которые включают в себя более сложные нейронные сети и требуют координации нескольких частей нервной системы. Они отличаются от простых рефлексов, которые обычно включают минимальную цепочку нейронов, таких как моносинаптические рефлексы. Сложные рефлексы включают ассоциативные связи и могут интегрировать сенсорные, моторные и когнитивные процессы. Примеры сложных рефлексов включают ориентировочные рефлексы, участвующие во внимании и восприятии, а также условные рефлексы, которые формируются на основе опыта и обучения.

Классификация рефлексов в классической нейронауке + психологии очень запутана. Так, есть определение, что "Сложные рефлексы — это рефлексы, в которых в рефлекторной дуге участвуют три и более нейронов, связанных между собой многими синапсами".

В рамках общего в классической классификации выделяются такие "сложные" рефлексы как, например:

·         Ориентировочный рефлекс - автоматическая реакция на новые или неожиданные стимулы, которая включает поворот головы и глаз к источнику стимула. Этот рефлекс требует интеграции сенсорной информации из разных модальностей (зрение, слух и др.) и координации движений.

·         Условные рефлексы, формирующиеся на основе опыта и обучения, такие как реакция на звук колокольчика, ассоциируемого с подачей пищи (в классическом эксперименте Павлова). Этот вид рефлексов требует участия структур, ответственных за обучение и память, таких как гиппокамп и кортико-базальные ганглии.

·         Рефлексы избегания и защитные рефлексы - сложные реакции на опасные или неприятные стимулы, такие как отдёргивание руки при уколе или резкий поворот тела при звуке громкого выстрела. Эти рефлексы могут вовлекать множество сенсорных путей и эффективных систем для координации единой реакции.

·         Вертикальный рефлекс - способность удерживать тело в вертикальном положении и сохранять равновесие. Этот рефлекс вовлекает взаимодействие между вестибулярной системой, зрительной системой и проприоцептивной информацией (использование независимых рефлексов мозжечка).

·         Рефлексы ходьбы - автоматизированные движения ног во время ходьбы, которые могут быть инициированы со спинального уровня, но модифицируются за счет информации от мозга для адаптации к окружающей среде, например, ходьба по неровной поверхности(использование независимых рефлексов мозжечка).

·         Коммуникативные рефлексы, такие как мимические выражения лица при эмоциях, смех или плач. Эти рефлексы могут быть модулированы социальным контекстом и волевым контролем.

Вообще "сложные рефлексы" оказываются повсеместно представленными для реализации решения проблем и адаптации к изменениям в окружении, обеспечения высокоуровневой координации и сочетания автоматических и произвольных действий.

Путаница устраняется четкими граничными условиями определений, вроде тех, что были даны для понятий "безусловный" и "условный" рефлекс. К этому добавляются автоматические реакции, сформированные произвольно или просто автоматизмы. Все это поддерживается еще координирующими рефлексами мозжечка (fornit.ru/ax1-84) - как независимыми от основных реакциями, обеспечивающими точное выполнение, а в случае автоматизмов - достижения определенной цели реакцией (fornit.ru/23500).

Как уже говорилось, чтобы перейти от рефлексов к автоматизмам, сначала необходимо сформировать первичные автоматизмы из существующих безусловных и условных рефлексов. Это сводится к установлению нового элемента - "указателя" на выполняемое действие в районе гиппокампа в виде элемента эпизодической памяти (fornit.ru/6756).

Автоматизм формируется за один акт активности и в этом качественно отличается от рефлексов. Кроме того, отсутствует необходимость "забывать" старые неиспользуемые рефлексы, потому что каждый автоматизм привязывается к ветке дерева восприятия с продолжением на уровне психики в виде дерева ситуации и дерева целей поведения и ориентировочной проверкой приемлемости выполнения автоматизма в условиях, содержащих значимую новизну. И автоматизм полностью оказывается в области текущей информационной картины (fornit.ru/68522), определяющей субъективную произвольность.

Чтобы появилась возможность произвольного изменения цепочки действия, нужно суметь выделить из общего пускового образа этой цепочки желаемый образ действия, создать на его основе предположительный автоматизм, активировать его и, дождавшись последствий, получить результирующий эффект. После чего учесть (не)удачность, скорректировать образ действий и попробовать снова. Так произвольно и оптимизируются на опыте цепочки действий.

Автоматизмы, использующие моторные образы действий на уровне психики, дополняются ментальными автоматизмами приемов мышления и решения привычных проблем - высшим уровнем реагирования, не требующем осознания если условия достаточно уверенно позволяют запускать привычные реакции.

Рефлексы мозжечка

Мозжечок появляется у организмов начиная с позвоночных, таких как рыбы (в головном мозге круглоротых в виде пластинки, функционально связанной с вестибулярным органом и боковой линией). У этих ранних позвоночных мозжечок выполняет основную функцию по координации движений и поддержанию баланса. Он обрабатывает информацию от вестибулярной системы и проприоцептивные сигналы, обеспечивая точность и плавность движений.

По мере эволюционного развития мозжечок становится более сложным и принимает дополнительные функции, такие как координация сложных моторных действий и участие в когнитивных процессах (fornit.ru/ax1-84).

У организмов, обладающих сознанием, кроме этих базовых функций, мозжечок также участвует в более сложных задачах, таких как планирование и корректировка сложных двигательных действий, обучение моторным навыкам и даже в когнитивных процессах, включая внимание и регуляцию эмоциональных реакций.

Мозжечок постоянно обновляет свои рефлексы в каждом случае рассогласования, он постоянно обновляет перцептивную модель окружающего и тем самым избавляет от иллюзий (fornit.ru/7553).

Случается, что люди рождаются без мозжечка (fornit.ru/5433). Агенезия мозжечка - редкое заболевание, при котором мозг развивается без мозжечка. По мере взросления детей с агенезией мозжечка их движения обычно улучшаются, но некоторые проблемы могут остаться на всю жизнь. Самое главное - задержка в развитии поведенческих навыков (умение ходить, речь и т.д.) на 5-7 лет, т.е. на время, далеко выходящее за границы начала функционирования психики. Это означает, что компенсаторную функцию мозжечка берут на себя механизмы субъективной произвольности.

Особенности людей с агенезией мозжечка могут включать:

·         нарушения координации движений;

·         проблемы с равновесием и походкой;

·         задержка моторного развития;

·         трудности в обучении двигательным навыкам;

·         интеллектуальные нарушения (в некоторых случаях).

Однако каждый случай индивидуален, и степень выраженности симптомов может различаться.

Попытки действий совершаются постоянно по необходимости, но вначале они оказываются очень неуклюжими из-за того, что кроме самого действия одновременно и независимо могут совершаться многие другие действия или такие действия должны совершаться, чтобы обеспечить желаемое действие. Кроме того, усилие, которое прилагается для совершения действия оказывается неточным, а излишне сильным или слишком слабым.

Это - две основные функции мозжечка: 1) точное дозирование усилий выполняемого действия и 2) учет всех других действий, мешающих выполнению основного действия, или активация действий, помогающих сохранить равновесие и обеспечить эффективность основного действия.

Например, когда человек стоит на одной ноге, мозжечок постоянно контролирует положение тела и при необходимости корректирует его, чтобы предотвратить падение.

Все это обеспечивается простыми рефлексами и при совершении основных действий, в зависимости от ситуации корректируются или исполняется множество координирующих рефлексов.

Возникновение каждого из рефлекса происходит в ходе попыток совершить действие в данных условиях. В других условиях будут возникать другие рефлексы.

Мозжечок получает информацию от различных сенсорных систем, включая проприоцептивные сигналы из мышц и суставов, и вестибулярные сигналы от внутреннего уха. С помощью этой информации мозжечок корректирует команды двигательных нейронов, чтобы движения были плавными, точными и координированными. Мозжечок также играет ключевую роль в обучении моторным навыкам, помогая адаптировать и оптимизировать движения на основе опыта.

Когда мы учимся новым движениям, мозжечок помогает адаптировать и оптимизировать двигательные программы на основе опыта и обратной связи. Эти корректировки происходят автоматически и быстро, что позволяет нам улучшать наши движения с практикой.

Помимо сенсомоторных данных гранулярные клетки мозжечка кодируют информацию о полученном (или не полученном) вознаграждении (fornit.ru/23501). Кроме того, в гранулярных клетках кодируются предположения о предстоящих событиях, ассоциированных с безусловным стимулом. Все это является критериями успешности выполнения действия и позволяет его корректировать (fornit.ru/23500, fornit.ru/23502). Второй критерий явно возник как поддержка функций субъективной произвольности - как отражение цели действия под контролем осознания. Эта возможность позволила координировать не только моторные, но и ментальные действия, активно участвуя в адаптивности на уровне психики (fornit.ru/68047).

Рефлексы мозжечка имеют существенно иной механизм, чем условные рефлексы (и, тем более, безусловные рефлексы) - в дополнение как уже имеющихся рефлексов, так и автоматизмов (- продуктов субъективной произвольности). Но рефлексы мозжечка, так же, как и условные рефлексы, требуют повторной активации связей, чтобы отсеивать случайное. Они так же подвержены угасанию, причем, чем более новый рефлекс, тем большему. Это легко заметить для сложных навыков, таких, как игра на музыкальном инструменте: стоит пропустить неделю, как игра становится неприемлемо хуже. Бетховен писал: "Если я не играю один день, то на следующий день это замечаю я, если не играю два дня, то замечают мои друзья, а если три дня – то уже это замечает публика.".

Имитационные рефлексы

Очень много статей использует понятие "условные рефлексы" некорректно, не учитывая граничные условия его использования, основанные на выверенной модели механизмов условного рефлекса. Так, существуют попытки связать условный рефлекс с понятием "доминанты" А.Ухтомского (fornit.ru/5359). Но доминанта, если выделить базовую суть ее функциональности (как не просто любую доминирующую активность, а ту, что сохраняется в постоянной памяти и легко восстанавливается в соответствующих условиях) относится к механизмам психики высокого уровня (fornit.ru/68503) и никак не может быть связана с условными рефлексами.

Та же путаница происходит и с многообразными, сложными механизмами подражания, которые могут иметь древнюю безусловно рефлекторную часть или быть связаны с осознанными реакциями отзеркаливания чужих навыков.

Древние механизмы называют импринтингом (fornit.ru/67845). Это очень сложно организованный "инстинкт", элементы которого получают специализацию наследственных механизмов при появлении образа восприятия, подходящего под самые общие критерии приемлемости для запуска процесса. И то, что фаза специализации может сильно отставать от собственной зрелости структуры, позволила отнести явление к условным рефлексам (fornit.ru/23469), хотя тут нет никакой такой основы предшествующего рефлекса, а это - совершенно самостоятельный механизм.

Основу подражания на уровне психики составляет способность распознавать суть чужой активности так, что при этом вовлекаются ID собственных образов программ действия.

Условием возможности отзеркаливание является распознаватели чужого действия, подвозбуждающие образы собственного действия. Это явление называют эмпатией. В мозге развитием соответствующих слоев подготавливаются такие распознаватели в определенных зонах, где они идентифицированы исследователями как "зеркальные нейроны" (fornit.ru/ax1-82).

Ориентировочный рефлекс

Великие российские ученые О.Виноградова (fornit.ru/9398, fornit.ru/5371) и Е. Соколов (fornit.ru/9891, fornit.ru/5134) выяснили роль новизны и значимости в организации обработки наиболее актуального стимула, т.е. обладающего наиболее весомым сочетанием новизны и значимости. А А.Иваницкий (fornit.ru/10300, fornit.ru/7446) путем изучения задержек распространения сигналов создал схему взаимосвязи наиболее актуального образа с префронтальной корой и эвристически предположил, что эта схема является основой субъективных переживаний, в чем оказался полностью прав.

Работы этих ученых широко цитируются, они признаны, но... на этом и заканчивается процесс осмысления их теорий академическим сообществом. В сборнике работ "Психофизиология" под редакцией Ю.Александрова эти ученые представлены фрагментально, как бы вскользь, без констатации, что именно они открыли направление решения проблемы сознания. Это похоже на то, как в советской эстраде практически все выдающиеся певцы были так или иначе известны, но в топе оказались только те, кто входил в окружении А.Пугачевой, которая и решала, кому быть модным, а кому нет. Вот и в российской академической науке есть те, кто принимает такие решения (fornit.ru/44959). Это была общая черта, принцип организации советского общества. И сегодня, полностью продолжая традиции, правит некая элита, в которой нет достаточно ясного понимания модели эволюционной адаптивности. Сам Ю.Александров демонстрирует далекие от системного подхода представления уже о функциональности нейрона (fornit.ru/816). Тех, кто находится в этой тусовке, можно увидеть по соавторству научных статей. Они активно читают лекции, высказывая конечные утверждения от имени науки (fornit.ru/14245). Решая конкретные научные проблемы, не возможно отстраняться от проблем организации науки (fornit.ru/44959).

Но сейчас нас интересует модель А.Иваницкого (fornit.ru/7446).

Самое главное эволюционное совершенствование, которое дополнило уровень рефлексов - система удержания актуальных стимулов, т.е. тех стимулов, имеющих значительную новизну (не до конца активированная ветка дерева распознавателей восприятия) при высокой значимости (значимость нехватки воздуха выше, чем жажды, а значимость жажды выше, чем голод и т.д. в основе - значимость жизненно важных параметров гомеостата, отклонения которых от нормы активирует контексты стилей реагирования). Значимая новизна определяет приоритет выбора образа восприятия из числа активных (fornit.ru/ax1-35).

Смысл сказанного настолько важен, что давайте проговорим это другими словами.

Детекторы нового, открытые Е.Соколовым, оказались довольно загадочным образованием, потому как угадать их алгоритм работы оказалось непросто. Умозрительные предположения о том, что существует сохраненный слепок прежнего состояния восприятия, который сравнивается с новым, а дифферент - и есть сила нового, требуют неприемлемо громоздких и сложных решений, не характерных для природы. Е.Соколов приглашал математиков, потому что стало правильным говорить о всесилии математики и что только она способна описать сложное явление. И даже вышла математизированная статья про детектор нового, ничего не проясняющая, которую лучше не смотреть нормальному человеку.

Что о модели детектора нового можно сказать сегодня?

Есть дерево восприятия образов. Когда рецепторы активируются внешним воздействием, в этом дереве загораются узлы одной из веток, на конце которой - распознаватель полной картины воспринятого, а промежуточные узлы отражают отдельные элементы, составляющие образ.

Практически никогда не бывает, что воспринятое во всем повторяло ранее зафиксированный образ. Так что некоторая новизна есть всегда. Обозначим ее N0. У дерева фиксированное число уровней (fornit.ru/66797) - по числу слоев иерархии распознавания примитивов восприятия (от точек, кружкой, линий - к более сложным сочетаниям). Поэтому если загорелся последний уровень, то это - нормальная ситуация с некоторой незначительной новизной N0.

Но вот если не загорелся последний узел, это значит, что последний слой распознавателей не узнал образ, такого еще не было раньше. Это уже серьезная новизна N1, требующая обратить на себя внимание и попытаться понять, что ждать от такого образа - по свойствам, присущим последнему активному узлу. Этот узел выполняет функции категории для всех дочерних узлов, т.е. обладает некими более общими свойствами.

Если не загорелся и предпоследний узел, то это уже N2 - совсем неожиданно и может быть опасно. На такой случай заготовлены рефлексы ухода на всякий случай: сильно вздрогнуть, прыгнуть и т.п.

Так вот, сила новизны тем больше, чем меньше не дотянула активная ветка до своих конечных узлов.

При N0 выбор наиболее актуального стимула идут по силе его значимости (удушье - жажда - голод и т.п.). Если активно N1, то сила значимости относится к такой новизне, и актуальность увеличивается и т.д.

Из всех активных образов восприятия в данный момент актуальным становится тот у которого сила новизны, умноженная на силу значимости - наивысшая. Только такой стимул начинает удерживаться и изучаться сознательно. Древовидная структура контекста восприятия делает алгоритм выявления актуальности очень простым.

Столь значительное достижение формировалось постепенно, пока не начало придавать новое качество конкретного преимущества (fornit.ru/68305).

Удержание стимула в активном состоянии даже когда уже нет рецепции позволяет не упускать внимание от такого стимула, а в случае его значимой новизны попытаться понять, на это похоже из ранее известного.

Актуальный стимул при его высокой новизне - важный сигнал о том, что привычное поведение может быть не лучшим и даже опасным в такой ситуации. Поэтому в таком случае рефлекторно приостанавливается привычное действие, а при особо высокой новизне, на всякий случай, запускаются рефлексы реагирования на опасность: вздрагивание, подпрыгивание и т.п. (fornit.ru/44467). Блокировки этих рефлексов не происходит потому, что для объекта новизны N1 еще не привязаны автоматизмы. Но при N0 автоматизм уже есть, и он блокирует рефлексы.  Приостановка привычного действия оказывается принципиально важной на время, когда в префронтальной коре, т.е. на уровне психики, удается разобраться с новым стимулом с возможностью заменить привычную реакцию на более подходящую для данной ситуации.

Такая альтернативная реакция становится все более привычной с повторением ситуации до степени полного автоматического выполнения уже без фокусировки осознанного внимания. Это и есть главная функциональность префронтальной коры или уровня психики: отслеживание наиболее актуального и выработка альтернативных реакций. Такие реакции будем называть автоматизмами. Они имеют совершенно иные механизмы образования, чем любые рефлексы и иные свойства. Выполнение автоматизма перекрывает всю более низкоуровневую деятельность привычного.

То, что автоматизм всегда является альтернативой имеющейся привычной реакции, и составляет суть произвольности.

Таким образом, ориентировочный рефлекс оказывается границей между рефлексами и осознанной произвольностью.

Рефлексы гиппокампа

Рефлексы гиппокампа (fornit.ru/ax1-54) напрямую не относятся к классическим рефлексам, как, например, рефлексы спинного мозга или мозжечка, однако гиппокамп играет критическую роль в интеграции сенсорной информации, формировании памяти и регуляции поведения при обработке актуальных событий. Одной из важнейших его функций является участие в пространственной навигации и контекстно-зависимом обучении, что можно рассматривать как сложные формы когнитивных "рефлексов" в адаптации поведения к изменениям окружающей среды, то что мы назвали автоматизмами.

Как мы уже условились, к безусловным рефлексам относится 1) то, что предопределено наследственно и при этом 2) специализируется по текущему профилю своего возбуждения. Структуры гиппокампа в полной мере отвечают этому. Механизмы ориентировочного рефлекса выполняют совместную адаптивную функцию с гиппокампом, являясь условной границей между рефлексами и областью произвольности психики.

Основа гиппокампа - переключатели, способные замыкать выходы активного образа через промежуточные структуры, определяющие их значимость на входы образов, что обеспечивает их неугасимую циркуляцию (реверберацию). Положительная обратная связь в этом случае выполняет роль удержания активности актуальных образов, что позволяет запускать обширные алгоритмы учета значимости образов и выработки произвольного ответного действия для данной ситуации (произвольный - значит, альтернативный привычному).

Коммутаторная функция гиппокампа настолько проста, что поддается искусственному протезированию (fornit.ru/5221).

Общая картина выглядит следующим образом. Актуальный стимул вызывает его замыкание гиппокампом и начинает циркулировать в постоянной активности. При этом он подключается к лобным долям и осознается (обрабатывается осознанием общей инфо-картины: fornit.ru/68540). Так возникает "основа субъективных переживаний" по А.Иваницкому (fornit.ru/7446).

При появлении нового актуального образа он также самоподдерживается со связью с префронтальной лобной корой, а предыдущий активный образ ослабляет такую связь (этот процесс описан в книге Субъективность), но остается в активном состоянии.

Вокруг механизма удержания образа начинают формироваться все более совершенные структуры, связанные с обработкой образа в лобной коре. Появляются новые нейроны, которые созревают и становятся готовыми к специализации (fornit.ru/5232, fornit.ru/5287, fornit.ru/5398, fornit.ru/5292). По закону образования связей такие новые нейроны специализируются и становятся "указателями" на структуры, связанные с активацией образа в данных условий, т.е. фиксируют эти условия и сам образ. Вокруг гиппокампа начинают возникать пусковые нейроны для воспоминания картины восприятия, а для более поздних усовершенствований эволюции, образы ответных действий и эффект от таких действий. Такое сохранение кадров привлечения осознанного внимания назвали эпизодической памятью (fornit.ru/6756). Сохранение кадра эпизодической памяти происходит за один раз (вместо многократных повторений в случае условного рефлекса), потому как самоподдерживающаяся активность долгое время выполняет условия образования связей (для сохранения памяти нужно около получаса).

В случае нарушения нейрогенеза в гиппокампе могут наблюдаться серьезные последствия, такие как ухудшение способности к обучению и формированию памяти, повышенная чувствительность к стрессу и возможное развитие депрессии и тревожных расстройств (fornit.ru/7222).

Эволюционное развитие гиппокампа — это сложный процесс, который происходит на протяжении миллионов лет. Выделить чёткие периоды эволюционного развития этой структуры мозга затруднительно из-за недостатка данных и сложности изучения эволюции мозга. Однако можно заметить некоторые общие тенденции в развитии гиппокампа у разных видов животных.

У рыб и амфибий гиппокамп развит слабо и выполняет относительно простые функции, связанные с ориентацией в пространстве и памятью о местах.

У рептилий гиппокамп начинает играть более важную роль в формировании пространственной памяти и навигации.

У млекопитающих гиппокамп достигает наибольшего развития и играет ключевую роль в процессах обучения и запоминания информации.

Рефлексы префронтальной лобной коры

С.Савельев предлагал использовать "церебральный сортинг" (fornit.ru/1765), потому как в префронтальной лобной коре многие клеточные образования значительно отличаются у разных людей и возможно провести корреляцию между их наблюдаемыми особенностями и проявляемым интеллектуальным потенциалом. Несмотря на евгеническое предложение и неприемлемость такой отбраковки людей, в самом деле ментальные возможности во многом определяются наследственно тем, что у разных людей по-разному представлены механизмы ментальных функций. Еще более отличаются от людей клеточный объем в определенных зонах префронтальной коры у обезьян, он значительно меньше. И далее по нисходящей эволюционной последовательности размеры этих областей уменьшаются.

Эти функции позволяют получить различную, произвольно затребованную информацию: мы можем вспомнить, чтобы вчера вечером, оценить, чем для нас это кончилось, получить информацию о том, как было бы лучше поступить и т.д. На все эти мысленные запросы отрабатывают те функции, которые были предусмотрены наследственно. У кого их не хватает, не может, к примеру, получить информацию о том, сколько раз в жизни бывал счастлив (статистика по всему массиву эпизодической памяти с заданными параметрами), для которой у него нет подходящей функции. Число видов мысленных запросов не очень велико у человека, они стандартизированы генетической предопределенностью. В прототипе Beast есть 33 таких функции. Сочетание их вызовов могут давать сложную информацию, а привычные комбинации составлять ментальную модель решения проблемы и вызываться как ментальный автоматизм, не требующий уже попыток решения такого типа проблемы.

Ментальные возможности получение запрашиваемой информации из эпизодической памяти в информационном контексте осмысления обеспечиваются наследственно предопределенными структурами, которые представляют собой развитые цепочки безусловных рефлексов, осознаваемых только по конечному их действию - обновлению информационной картины (fornit.ru/68516). Эти цепочки развивались по вектору эволюционных преимуществ, видоизменяясь и дополняясь все более эффективными механизмами. У человека они достигли наиболее высокой эффективности, но у разных людей существует разброс такой наследственности.

Это - ответ на вопрос, а не происходит ли прямо сейчас эволюция и не появляются ли у человека новые инстинкты. Они появляются в области наиболее новых образований при том, что все старые сохраняются от мутаций.

Некоторые моменты в обсуждении этой темы можно посмотреть в fornit.ru/68071.

В префронтальной лобной коре известны следующие основные "инстинкты" для обработки ментальных запросов, в основном из прошлых кадрах эпизодической памяти для получения информации:

·         эмпатийное отзеркаливание чужого поведения;

·         информация об эмоциональном состоянии, значимости образа;

·         что обычно происходит после данного действия;

·         выбор наиболее желаемого (позитивно оканчивающегося) действия;

·         прогноз результирующего эффекта цепочки действия в текущих условиях;

·         оценка последствий данного действия в текущих условиях;

·         выбор цели реагирования;

·         создание нового пробного действия из компонентов;

·         волевой запуск альтернативного действия;

·         волевое изменение своего эмоционального состояния;

·         оценить значимость образа по имеющемуся опыту (пассивный режим мышления);

·         сфантазировать продолжение ситуации в негативную или позитивную сторону (пассивный режим мышления);

·         сопоставление и обобщение информации;

·         и т.п.

Эти функции позволяют человеку осуществлять сложные когнитивные процессы, такие как планирование, принятие решений и регуляция поведения, а также обеспечивают интеграцию мыслей и действий в соответствии с внутренними целями.

Подробно эти процессы рассматриваются в книге Субъективность (fornit.ru/68364).

Взаимодействие рефлексов и сознательной деятельности

В мозге есть элементы, которые невозможно отнести к наследуемым. В первую очередь это - эпизодическая память (fornit.ru/6756). Есть и другие структуры, сохраняющие информацию (т.е. данные, которые используются субъективностью, например память о доминантах нерешенной проблемы: fornit.ru/68503). Самым же древним таким образованием являются структуры условных рефлексов.

Если для фиксации условных рефлексов сохраняется состояние синоптических связей за несколько повторений стимула, то для сохранения кадра эпизодической памяти нужен новый нейрон, который специализируется как пусковой стимул (точнее - указатель на воспоминание), связывающий все то, что было активно на момент сохранения кадра.

Как правило, и это принципиально, более древние структуры поставляют данные для обработки более молодым, а обратное воздействие не затрагивает функциональность более древних механизмов. Обратное воздействие бывает способно лишь модулировать активность предыдущих структур. Так, условные рефлексы блокируют выполнение безусловных рефлексов, находящихся в том же контексте дерева восприятия. А порождаемые на уровне психики автоматизмы - точно также блокируют все предшествующие рефлексы. Так что, если по какой-то причине данный автоматизм отключается или просто ломается, то перекрываемый им рефлекс опять выходит на передний план.

Получается следующий ряд последовательно перекрывающих предыдущее образований: нейромедиаторный фон, безусловные рефлексы (кстати, у них так же есть своя иерархия приоритета), условные рефлексы и моторные автоматизмы (а ментальные автоматизмы выполняются в отрыве от предшествующих систем адаптивности).

Рефлексы для психики являются поставщиками данных о стимуле в определенных условиях (т.е. в контексте дерева восприятия), которые запускают ответное действие. Пусковые элементы рефлексов (образы действия) имеют представительство в области психики абстрагированных, самостоятельных образов возможных действий, что наблюдается в виде "зеркальных нейронов", локализующихся на стороне теменной и лобной коры (fornit.ru/ax1-82).  В ходе опыта наблюдений за чужими действиями формируется лобная локализация, что позволяет понимать суть таких действий и сопоставлять с возможностью собственных - путем образования базового автоматизма, повторяющего действия соответствующего рефлекса.

Определение и классификация рефлексов

Множество видов рефлексов, которые были описаны в этой книге, можно обобщить в виде минимально выделяемой адаптивной функциональности в системе принципов, независимых от способа реализации.

1. Каждый рефлекс распознает момент своего запуска или непосредственно по профилю входной активности, к которому он был специализирован или в силу вовлечения в узкий контекст так, что активируется при активации этого элемента контекста. Так, условные рефлексы запускаются только в определенном активном стиле поведения, который может включать более частные контексты в виде дерева условий (fornit.ru/66797). Все цепи активности, начинающиеся с сенсорных рецепторов до рефлекса, к нему не отномятся.

2. Запущенный рефлекс активирует непосредственно связанный с ним эффектор и этом ограничивается его минимально выделяемая функциональность. Вне области рефлекса оказываются все пути последующей активации до конечного действия. Поэтому рефлекс активирует только один непосредственно следующий за ним эффектор.

Поэтому любой нейрон можно отнести к рефлексу, включая нейроны с единственным входом. Это относится только к системам, в которых нейроны являются основой для построения взаимосвязей. В случае программной реализации, где эмуляция нейронов не требуется, рефлексами являются объекты специфических структур, различающиеся свойствами выполняемой функцией.

Два выделенных пункта приводят к терминологическому определению рефлекса. Рефлекс – это элементарная структура, активирующаяся в определенных условиях. Несмотря на универсальную простоту определения, структуры рефлексов различаются в последовательном эволюционном усложнении механизмов адаптивности и в случае автоматизмов достигают высокой сложности. Именно по признаку особенностей участи в различных адаптивных функциональности, рефлексы и могут классифицироваться.

Рефлексы более эволюционно молодые перекрывают действия более древних для одного и того же контекста условий, что и обеспечивает действенность более совершенных адаптивных функций.

Можно выделить следующие структурно различающиеся виды рефлексов как:

• Безусловные рефлексы (включая функциональную организацию префронтальной лобной коры)
• Условные рефлексы (характерные для третичных зон ассоциативной теменной коры)
• Рефлексы мозжечка (в том числе поддерживающие осознанное формирование навыков)
• Указатели образов (восприятия или действия, локализующиеся около гиппокампа)
• Детекторы нового (как для третичной теменной, так и для третичной лобной)
• Рефлексы гиппокампа (для удержания актуального образа)
• Автоматизмы (и множество структур, относящихся к области психики)

Этим преодолевают множественные нелогичности и проблемы при описании как природной реализации индивидуальной системы адаптивности, так и при моделировании искусственных.

В итоге такой классификации все многообразие форм взаимодействий элементов мозга оказывается основанным на определенных базовых структурах элементарной адаптивной функциональности, взаимодействующих между собой. Это позволяет с полной ясностью абстрагироваться от всего несистемного в принципах организации мозга, от метаболизма, конструкции, влияния среды и не порождать множество предположений в попытках привлечь несистемные элементы, характерные для способа реализации.

Интеллект

Обычно интеллект связывают с высшими проявлениями психики. Делаются попытки создать искусственный интеллект и понять естественный. Интересно, что сначала создать искусственный - до понимания естественного, и это характерно, потому как никто ни в академических кругах, ни в инженерных не сформулировал корректное определение термину "интеллект", но все им пользуются как нечто само собой разумеющееся. Так же как множеством других недоопределенных по своей сути слов. При этом есть научные статьи про интеллект муравьев (fornit.ru/472, fornit.ru/473) и т.п.

Интеллект эвристически - это что-то такое, что позволяет своими действиями получить преимущество перед теми, кто этим не обладает. Так можно сравнивать интеллекты. И у муравьев да, есть то, что дает им преимущество перед другими насекомыми и даже людьми (проблема войны с муравьями актуальна не только в квартирах).

Становится понятно, что преимущество можно сравнивать только для определенных проблем, а не вообще. Хотя привычно пытаются измерять IQ у людей, но, фактически, это измерение способности решать проблемы определенного типа, чаще всего классификационные. При прохождении теста на IQ важны уже имеющийся опыт, а не попытки найти решения проблемы прямо во время теста (хотя приемы решения проблем - тоже опыт, да и можно воспользоваться подсказкой). Поэтому правильный тест ограничен по времени.

Так что тест IQ никак не применить для сравнения потенциала выживания волка в лесу и человека. Ясно, что волк лучше приспособлен, больше знает о лесе и может лучше использовать эти знания. Интеллект выживания в лесу у волка выше, чем у человека. А интеллект домохозяйки в кулинарии выше, чем у ее мужа академика (ну, не всегда).

Вся иерархия адаптивных механизмов организма распределена на отдельные направления примирения своих навыков для разных стилей поведения.

Так что интеллект - это уже имеющийся опыт решения определенного вида проблем в определенных условиях. Научившись драться в спортзале, можно позорно спасовать в реальном бою в стрессовой ситуации.

Так что рефлексы, заточенные для определенных условий - это тоже интеллект. Любой интеллект применяется как готовый навык, не требующий осознания (fornit.ru/5115). Так что интеллект это то привычное, что не требует осознанного решения проблемы, а уже готово к применению. Это может быть опыт моторных действий или опыт методов решения проблем.

Вот резюме о том, что такое интеллект, его развитие и деградация: fornit.ru/475.

Рефлексы и искусственный интеллект

Первые попытки создания искусственного интеллекта (ИИ) начались ещё в середине XX века. В 1943 году Уоррен Маккалок и Уолтер Питтс опубликовали статью «Логическое исчисление идей, присущих нервной деятельности», в которой описали понятие искусственных нейронных сетей.

В 1950 году Алан Тьюринг опубликовал статью «Вычислительные машины и разум», где предложил знаменитый тест Тьюринга для оценки способности машины мыслить, как человек.

Первые программы, которые можно было бы назвать интеллектуальными, появились в 1956 году. Они были созданы исследователями из Дартмутского университета в рамках проекта по созданию искусственного интеллекта. Проект был рассчитан на два месяца, но длился почти два года. Именно тогда впервые прозвучал термин Artificial Intelligence — «искусственный интеллект».

Программа "Логический теоретик" (Logic Theorist), созданная Аленом Ньюэллом и Гербертом Саймоном в 1956 году, могла доказывать теоремы в области логики и считается одним из первых примеров искусственного интеллекта. Другой значимой разработкой было создание программы "General Problem Solver" (Генератор решения задач) в 1957 году, также Ньюэллом и Саймоном, которая могла решать широкий спектр задач, используя методы поиска решений.

Эти программы использовали заранее заданные алгоритмы и этим были похожи на имитацию рефлексов. Начала развиваться индустрия компьютерных игр и появился термин "игровой ИИ". Это были очень простые системы ветвления ответов в зависимости от предусмотренных вопросов.

Первые попытки создания самообучающегося алгоритма искусственного интеллекта (ИИ) были предприняты в середине XX века. В 1950-х годах американский исследователь Артур Самуэль разработал программу для игры в шашки, которая могла обучаться и улучшать свою игру на основе анализа предыдущих партий. Это был один из первых примеров самообучающегося ИИ.

В дальнейшем многие исследователи работали над созданием самообучающихся алгоритмов для различных задач. Однако настоящий прорыв в этой области произошёл с появлением глубоких нейронных сетей в конце XX - начале XXI века. Эти алгоритмы позволили создавать системы ИИ, способные к обучению на больших объёмах данных и решению сложных задач, таких как распознавание изображений и речи, машинный перевод и т. д.

Можно выделить два вида такого подхода: многослойный персептрон (fornit.ru/6616) и метод GPT (fornit.ru/66139). Первое представляет собой прецизионный распознаватель в многослойной сети со связями "все со всеми". Второе - статистический предсказатель последовательностей токенов (стандартных групп символов любого вида: текстовых, изображения или звуков). Ни то, ни другое не имеет к мозгу и принципам адаптивности никакого отношения (fornit.ru/7513). С помощью алгоритмических уловок эти технологии могут использоваться в различных практических целях. Причем GPT настолько стремительно развиваются, что даже некоторые разработчики считают это проявлением сознательной деятельности. Динамика развития GPT позволяет говорить адептам о том, что вот-вот будет достигнут "сильный интеллект". Но динамика ускорения компьютеров по закону Мура тоже окрыляла, но сдулась потому, что были достигнуты принципиальные пределы метода, и процессоры так и не обрели сознания от избытка скорости.

Идеальные распознаватели - очень ценная технология, превышающая возможности специалистов, но требующая контроля из-за возможных неожиданных машинных иллюзий. GPT - так же очень полезен как справочник, в котором обобщаются все слитые в базу сведения по запросу. Но также это требует быть внимательным потому, что в закачанных сведениях очень много ложного и потому, что одни и те же сведения интерпретируются по-разному в разных источниках. В результате эти системы часто просто лгут. Сегодня выявлены основные границы применения этих систем (fornit.ru/49524, fornit.ru/67975), и они не внушают восторга предвкушения осмысленности.

Оба технологических направления оторваны от всей системы, обеспечивающей личную адаптивность и самостоятельность, и останутся просто удобными инструментами при условии осторожного использования. Чтобы достичь высших интеллектуальных возможностей, необходима система, полностью моделирующая все этапы становления и развития индивидуальной адаптивности.

Модель такой системы создана под названием Beast (fornit.ru/beast). В ней организована система гомеостаза с контролируемыми жизненными параметрами, контекстные стили поведения, исходные наборы безусловных рефлексов. Развитие системы строго следует заданным возможностям стадий, что позволяет нарабатывать эволюционную последовательность усложняющихся адаптивных механизмов. Система реализована программно, что позволило отказаться от эмуляции нейронов и кардинально облегчить требования к ресурсам. Для Beast не требуется суперкомпьютера при том, что система взаимодействует с реальной действительностью.

Роль сна

С каждым новым актуальным стимулом появляется новая активная закольцовка в гиппокампе, а старая остается активной.

С утра накапливается все больше сохраняемых активностей, которые представляют собой "оперативную" память того, что случилось. Это дополнение к эпизодической памяти, увеличивающейся с каждым внешним и внутренним (осознаваемым) актуальным стимулом, позволяет ясно помнить все, что привлекло осознанное внимание.

С увеличением числа активностей они все в большей степени затрудняют информационную картину осознания и фоновых бессознательных циклов мышления (fornit.ru/5131). В области активного сознания становится все труднее сосредоточиваться на главном, а в области бессознательного все чаще в сознание прорываются бредовые идеи (fornit.ru/5395). Кроме истощения больших зон мозга повышенной активностью, приближающейся к эпилептическому хаосу, возникают галлюцинации и серьезные затруднения с целевой произвольностью. Если человек остается без сна, то избыток активности с некоторого момента будет мешать мозгу выполнять самые основные функции регуляции в организме и может наступить смерить при, казалось бы, полном отсутствии органических поражений.

В природе у разных животных разными методами решается проблема избыточной активности. У некоторых животных (особенно у водоплавающих млекопитающих) мозг переходит в режим поочередной функциональности половинок: одна половина мозга контролирует ситуацию, другая спит. У некоторых людей замечена подобное локальное торможение, освобождающее активности.

Функция сна, в первую очередь, - это постепенное гашение удерживаемых активностей (fornit.ru/5212). Первой фазой сна обычно является сновидение - процесс информационной обработки последних активностей, который использует основную функцию пассивного режима мышления (fornit.ru/68279). То, о чем мы думали становится сновидением. Затем следует нарастание общего торможения (fornit.ru/5159), которое гасит обработанные активности (fornit.ru/312) и контрастирует оставшиеся. Следующая фаза опять включает режим сновидений и т.д.

Функциональная система регуляции сна очень сложна (fornit.ru/ax1-24) и развивалась, начиная с самых простых организмов (fornit.ru/5363, fornit.ru/5207). Функционал сна затрагивает возможность блокировки восприятия и действия, при этом сохраняя "сторожевую" функцию в отношениях наследственно предопределенных признаков восприятия.

С появлением адаптивности уровня психики сон дополнился пассивным режимом мышления или нецелевым фантазированием (fornit.ru/5367, fornit.ru/5350), не затрагивающим уровни мышления сложнее прогностических запросов, что и порождает сновидения.

Вся ветвистая сложность функциональной системы сна - это цепочки безусловных рефлексов, то, что по принятой классификации называется "инстинктами". Этот функционал не поддается произвольному вмешательству. Но экспериментаторы, жаждущие ярких приключений во сне, изобрели способ углублять пассивный режим мышления, придавая ему целевые функции и назвали это "осознанными сновидениями" (fornit.ru/984). При этом теряется информационный функционал сновидений и вместо аккуратных выводов из происходящего психику наполняют фантазии, неадекватные реальности, что приводит к поведенческим проблемам.

Наследуемые качества

Те, кто занимается разведением и селекцией домашних животных хорошо осведомлены о прирожденных повадках каждой из пород. Эти различия очень существенны. Есть порода собаки, которая все время лежит и слабо шевелится, ее вывели для того, чтобы она была живой пушистой игрушкой. А есть очень злобные существа, кидающиеся невзирая на размеры. Другие предельно преданны, ласковы и т.д. И это именно наследственно передающиеся качества.

Есть то генетическое, что облегчает тот или иной стиль поведения (fornit.ru/68856). Зная механизмы и условия выбора стиля поведения (например, fornit.ru/68860), можно видеть, каким изменением в схеме взаимодействий возможно повлиять на это. Но даже не зная, как это устроено в природе, можно в модели Beast (fornit.ru/beast) создать свой механизм доминирования одного стиля над другим и это будет работать.

К. Юнг полагал, что в основе каждого есть некий трансперсональный архетип - шаблон общих черт поведения. Но часто даже те ученые, которые не приемлют мистические объяснения, делят людей на экстравертов и интровертов, на склонных к сменам настроения "эмо" (в пределе - циклотимики) и замкнутых мрачных "готов" (в пределе шизотимиков). Некоторые более агрессивны, другие - тревожны и это прослеживается чуть ли с самого рождения.

Механизмы регуляции стилей поведения - это наследственные механизмы, которые сопровождают всю жизнь. Во многих элементах этих механизмов легко изменить особенности их функциональности.

Кроме регулируемых гомеостазом жизненных параметров, в организмах есть немало других, непосредственно не влияющих на жизнеобеспечение параметров, но не менее важных для самого существа и/или вида. Так, есть параметр "гон", превышение которого заставляет искать полового партнера и добиваться его благосклонности. У животных и даже у человека этот параметр зависит от сезона года. На него может влиять вид самки, отвечающей признакам симпатичности (fornit.ru/2073) так же, как вид еды может переключить поведение на пищевое. Другим параметром, который влияет на стили поведения в зависимости от условий и состояния других параметров, является потребность в общении, социальных отношениях, исследовании окружающего. Важнейшим гомеостатическими параметрами кроме гона являются регуляторы поискового поведения, агрессивного, оборонительного и др.

Если у животного окажется повышенный болевой порог, то он будет легче склоняться к агрессивному поведению, потому что сигналы боли не будет мешать включится агрессии. И наоборот, пониженный болевой порог делает более склонными к пассивно-оборонительному поведению. Есть люди, у которых вообще нет боли. У них не выработается и сочувствие к чужой боли. А есть те, у кого повышены альтруистические реакции (fornit.ru/140) и это не только люди.

В принципе нет никаких ограничений на использование каких угодно параметров регуляции стилей поведения если это приносит конкурентную пользу в выживании. И это значит, что природа попробовали и реализовала такие варианты.

Можно представить себе параметры, особенно сильно влияющие на то, что особь будет склонна к исследованиям, выработке новых поведенческих навыков и нахождению полезных приспособительных усовершенствований.

Кроме того, природа может оптимизировать целую популяцию так, чтобы у одних особей был выражен потенциал защитника и быстрых решений, а у других - потенциал исследователей и изобретателей.

Наследуемое разделение качеств есть на уровне женского и мужского пола. Мужчины и женщины различаются уровнями гормонов (тестостерон и эстрадиол), что влияет на физическое развитие, такие как мышечная масса, структура костей и распределение жира. Половые хромосомы (XY у мужчин и XX у женщин) определяют анатомические различия и ряд биологических функций. Это определяет основы для доминирования определенных качеств уже на уровне активации базовых поведенческих контекстов.

Относительно небольшая по емкости генетическая память оказывается способной кодировать все эти особенности, но из-за скачкообразности влияния изменения генов на производимые последствия, это специфически ограничивает и определят то, что именно может передаваться наследственно (fornit.ru/806).

И все это реализуется принципиально логичной и понятной схемой взаимодействий в адаптивной системе, которую становится возможным уже с самого начала ориентировать на различные проявляемые качества поведения.

В результате наследственных оптимизаций человек вышел вперед по сравнению со всеми остальными животными в возможности наиболее гибко и эффективно приспосабливаться к быстро меняющимся усердиям обитания. Сегодня можно выделить основные причины такого опережения (fornit.ru/67231).

1. Наиболее продолжительные периоды развития. Развитие лобных долей у человека завершается к 25-30 годам. За время критических периодов развития (fornit.ru/ax1-32) человек успевает специализироваться к большему разнообразию ситуаций окружающего воздействия.

2. Более развитая в количественном отношении и по эффективности коллекций информационных функций префронтальной лобной коры. Одна и зон мозга, отвечающая за принятие решений и планирование, социальные отношения, эффективность мышления, десятое поле по Бродману, занимает объём у человека в среднем 1,2 % от общего объема мозга (у разных людей несколько различно), у бонобо — около 0,74 % от общего объёма мозга, у шимпанзе — 0,57 %, у горилл — 0,55 %, у орангутанов — 0,45 %, у гиббонов — 0,23 % (fornit.ru/68522).

3. Неудовлетворенность существующим - как параметр регуляции стилей поведения (fornit.ru/870). В системе Beast используется такой параметр, определяющий контекст выбора цели. Существует немало работ и теорий, которые выражают идею о том, что "неудовлетворенность существующим" является главным фактором человеческого прогресса (см. в fornit.ru/67231).

4. Больший стек рабочей памяти, которая позволяет удерживать и манипулировать информацией, что важно для обучения и адаптации. Есть два вида рабочей памяти: 1) для прерываний осмысления новым актуальным стимулом и 2) память для обобщений. Психологи нашли (они называют это числом одновременно удерживаемых образов), что у людей память прерываний составляет 5-7 событий, у других животных она меньше. Размер памяти для обобщений определяет, сколько смыслов можно удерживать для их обобщение в общий смысл. Если мы читаем длинную фразу, то с некоторого момента теряется смысла ранее прочитанного, фразе не принимается в целом и требуется сначала понять частей фразы, чтобы потом догадаться об общем смысле сказанного. Этот вид памяти способен увеличиваться при интенсивной тренировке. Дети не могут по буквам понять слишком длинное слово, а некоторые взрослые способны понять сразу всю страницу, мельком взглянув на нее. Оба вида памяти используются в системе Beast.

Реакции, выработанные психикой как альтернатива рефлексам, перекрывают рефлексы в момент исполнения, в том числе безусловные рефлексы, если они выработаны для тех же условий запуска. Поэтому и все то, что наследственно определяет характер организма, может быть полностью переписано так, что не останется никаких следов более реликтовых реакций. Но это будет проявляться только для определенных, ставившими привычными для осознанного реагирования условий. В необычных ситуациях, в случае необходимости срочного реагирования верх возьмет рефлекс в контекстном стиле поведения.

Такой наследуемый базовый параметр как склонность к неудовлетворенности существующему, начинает влиять на мотивацию так же, как на мотивацию влияет гон. Тогда, когда другие особи в полном удовлетворении всех потребностей предаются благородной лени (fornit.ru/652), одержимый начинает испытывать неприятный зуд от безделья, заставляющий вспомнить о нерешенных проблемах, подумать о совершении чего-то полезного и в ходе таких раздумий порождая новые нерешенные проблемы, становящиеся доминантными (гештальт). А новые проблемы начнут заявлять о себе в любую подходящую минутку. Особь входит в безостановочный цикл творчества.

Именно не уровне выбора альтернативы лень-мышление как при выборе стиля повеления, так и на уровне психики может реализоваться "неудовлетворенность существующим". Т.е. для этого не нужен специальный гомеостатический параметр. Но ничто не мешает природе сделать это именно гомеостатическим параметром. В таком случае это должно быть очень древнее приобретение для вида или некоторых представителей вида, отличающихся этим от других. Многие виды животных отличаются повышенным исследовательским интересом к окружающему: приматы, особенно человекообразные обезьяны, такие как шимпанзе, гориллы и орангутанги, волки и собаки, Дельфины, слоны, вороны. Но наиболее сильно такой выбор доминирует при осознанном формировании поведенческих стереотипов.

Логика проста: если бы не было того, что заставляет вместо лени при полном благополучии думать впрок о будущем, то мы бы просто лежали как сытые кошки, если бы, конечно, наш вид выжил бы с такими задатками. С другой стороны, осознание последствий безделья является достаточно действенным фактором, если только такие правила крепко вошли в жизненный опыт. Можно сколько угодно осознавать и терзаться, но ничего не делать, ведь опыт того, как искать, добиваться, творить, закладывается с самого детства, и дети сильно различаются по этому качеству.

Развитие системы индивидуальной адаптивности

Лучше всего развитие системы индивидуальной адаптивности показывает наблюдения за эволюционным усложнением живых существ при добавлении нового принципа механизмов адаптивности к предыдущим. Так можно выделить всю иерархию принципов от жестко закрепленных наследственно до меняющихся с каждым новым опытом особи, который она различает и оценивает последствия. В книге уже была описана такая последовательность, ограниченная уровнем рефлексов и пока не затронуто то, что порождается системой обработки удерживаемого актуального стимула (fornit.ru/68516). К этому нужно подходить очень постепенно и основательно, потому как у людей сразу возникают сомнения: если все сделано как взаимодействия детерминированных механизмов, то где же там субъективность (субъективное переживание - квалиа).

Проведем мысленный опыт. Предположим, что удалось полностью показать и доказать, как именно устроен мозг. Вот нарисована полная схема и можно убедиться, что в ней нет ничего кроме причинно-следственных взаимодействий.  Будет ли это доказательством того, что в мозге нет субъективности? Нет, она есть когда субъект, функционирующий по этой схеме (природный или искусственный), воспринимает все в виде информированности системы о своем состоянии, эмоциональном контексте, актуальном образе восприятия, привычном действии, прогнозы, информация о возможности более позитивных действий и т.п.. Субъективность - это то, что обладает определенными и довольно не сложными  в принципе механизмами субъективного уровня адаптивности. Можно и нужно уверенно утверждать, что в мозге нет ничего кроме схемы причинно-следственных связей. Наличие жестко алгоритмической системы обработки информации порождает то, что не детерминировано наследственно: обновления информационной картины с каждым шагом цикла обработки (fornit.ru/68522). Это информирует систему о ситуации и о том, что она находит в качестве дополнительной информации в своей памяти.

Субъективность и ее информированность в виде того, что назвали квалиа, выражается в абстрактной модели переживаний, и, чтобы проникнуться ее сутью, нужно понять суть абстракций: fornit.ru/103. И тут нет ничего потустороннего и нематериального (fornit.ru/1132). То, что философы относят к "идеальному" - это информированность системы адаптивности. В природе это недоступно внешнему наблюдателю и является внутренним состоянием системы. Но в искусственной модели возможно наблюдать информационную картину и видеть, как такой контекст направляет следующий шаг осмысления.

Развитие системы индивидуальной адаптивности в онтогенезе (развитие особи) повторяет все этапы эволюционного усложнения принципов адаптивности у предков - в строгой последовательности периодов развития, у которых для вида оптимизируется время специализации элементов данного уровня развития. Чем больше время, тем больше образов восприятия будет освоено. У человека наиболее продолжительные периоды последних этапов развития и это дает ему преимущества (кроме того, что у него наследственно предоставляются более богатые возможности обработки стимулов при осмыслении).

По стадиям развития особи и их особенностям существует огромного количество фактических данных исследований (fornit.ru/ax1-12, fornit.ru/ax1-80, fornit.ru/ax1-41, fornit.ru/ax1-32, fornit.ru/ax1-38). Для данной книге наиболее интересно обобщение этих данных в статье "Развитие первых реакций ребенка": fornit.ru/67428. Это очень информативная подборка, которую здесь не будем повторять, но которую следуют прочесть прямо сейчас как часть книги.

Зачем нужно понятие живого

В биологии не очень-то нужно понятие живого, как это ни странно. Есть эволюционно-обоснованная классификация и описание особенностей присущего участникам. Органы, клетки, органеллы, все самодостаточно.

Понятие "живого" можно рассматривать критически, так как оно может вызывать сложности при определении границы между живым и неживым миром, особенно на грани между биологией и физикой. Некоторые критики считают, что использование термина "живое" может быть слишком антропоцентричным и недостаточно точным для описания более сложных процессов и взаимодействий в природе.

Но развитие индивидуальной системы адаптивности просто невозможно без системы поведенческой регуляции и минимального набора основных стилей поведения, которые такую регуляцию обеспечивают.

В неживой природе есть авторегуляция параметров среди системы, буквально все существует в некоем термодинамическом окружении, которое влияет на целостность и качества. Некоторые системы "умеют" препятствовать этому, например буферные растворы поддерживают постоянство кислотности среды. Такие системы никак не относят к живому и равновесное состояние не считается поведением.

Но есть характерный для живого неизменный и минимальный (необходимый и достаточный) набор видов поведения для восстановления функциональной целостности, это 1) восполнения необходимых веществ, 2) поиска источника восполнения, 3) защиты от влияния других объектов и 4) репродуцировать себя в новых копиях. К этому набору могут добавлять другие виды поведения, обеспечивающие конкурентное преимущество.

Наличие именно такого минимально необходимого набора видов поведения у объекта наблюдения, обеспечивает теми основными свойствами, которые приписывают живому.

Получается, что, определив необходимость в наличие этих 4-х видов поведения, мы определяем свойства живого. Формула функциональности определила свойства.

Растения биологи относят к живому. И тут есть определенная эвристическая схожесть функциональности, потому как растения, хотя и не обладают привычным нам поведением, но они так же обеспечивают восполнение, поиск, защиту и репродуктивность. Например, они могут регулировать поглощение воды и минеральных веществ из почвы, открывать и закрывать устьица для контроля газообмена и транспирации, а также синтезировать защитные вещества в ответ на стрессовые воздействия. Т.е. так же существуют ситуации, в контексте которых нужны определенные ответные действия. Так что не нужно менять оценку живые они или нет.

Конечно, не может так быть, что вот это было не живым и вдруг эволюционировало в живое. Нет резкой границы, она условна, но качественно определяющая настолько, что не вызывает сомнений, что вот такая-то формулировка функциональности присуща живому как наиболее общая и из нее не уберешь ни одного элемента. Если какого-то элемента не хватает, то - это неполноценное живое.

У каждой особи есть генетический аппарат, который и показывает функциональность, идущую от вида. Этот аппарат может быть нарушен и родится особь без репродуктивных органов или возможности реализовать базовые стили поведения, и тогда такое существо нужно называть неполноценным живым существом.

Так что определение живого нужно не биологам, а в качестве основы теории полноценных адаптивных систем (не отдельных адаптивных механизмов). Но корректное определение уже способно использоваться и в общей классификации и тогда вирусы не будут относится к живому. А одноклеточные будут и вот почему.

Одноклеточные организмы обладают рядом поведенческих механизмов, которые помогают им восполнять и восстанавливать жизненные параметры. Вот некоторые из них:

Хемотаксис — движение по градиенту концентрации химических веществ. Например, одноклеточные могут двигаться в сторону питательных веществ или, наоборот, удаляться от вредных соединений. Одноклеточные могут демонстрировать различные виды поведения, которые помогают им находить оптимальные условия для жизни и размножения. Например, они способны реагировать на химические сигналы, что позволяет им ориентироваться в окружающей среде и выбирать наиболее благоприятные условия.

Фототаксис — реакция на свет. Некоторые одноклеточные организмы способны перемещаться в направлении света (положительный фототаксис) или от него (отрицательный фототаксис).

Термотаксис — перемещение в зону с наиболее благоприятной температурой.

Одноклеточные реагируют на различные химические вещества, что позволяет им находить оптимальные условия для жизни и размножения.

Избегание неблагоприятных условий. В ответ на изменения окружающей среды одноклеточные способны изменять свою активность или переходить в состояние покоя.

При благоприятных условиях одноклеточные активно размножаются, увеличивая свою численность. Это помогает им быстрее восстановить популяцию после неблагоприятных воздействий.

Некоторые одноклеточные при неблагоприятных условиях образуют защитные оболочки, внутри которых они могут пережить неблагоприятные условия.

В этих видах поведения ясно видны отмеченные четыре стиля, но они организуются не так как у животных.

Итак, у живого существа должен быть набор жизненно важных параметров, обеспечивающих его наблюдаемую функциональную целостность и набор видов поведения, которые обеспечивают возврат в норму опасных отклонений жизненных параметров. Это и будет определением живого (fornit.ru/64924).

Заключение

Можно сказать, что уровень рефлексов - это уровень развития насекомых. Хотя самые сложные из них развили очень изощренные механизмы адаптивности, но в них был некий такой довесок эволюции, который оказался последним подверженным изменчивости слоем совершенствования.

То, что могло развиться в систему удержания и обработки стимулов, оказалось похороненным в более старых слоях и поэтому более не меняющихся. Так возникают тупики эволюции. Хотя насекомые демонстрируют широкий спектр адаптивных стратегий, включая сложное социальное поведение, мимикрию, симбиоз и многое другое, но все это ограничивается уровнем безусловных и условных рефлексов. У них нет механизмов удержания стимулов и привлечения к ним внимания, что развилось в огромную область субъективного.

Соответственно, у более совершенных форм отсутствуют приобретения насекомых, за счет которых они заблокировали пусть развития нерефлекторных систем. Что это такое именно, еще предстоит изучить.

Причины и механизмы тупиков эволюции из-за прекращения мутаций в более старых зонах мозга могут включать специализированную адаптацию к узкой экологической нише, где организм настолько приспосабливается к конкретным условиям, что теряет способность к адаптации в случае изменения этих условий. Механизмы тупиков эволюции также могут включать генетические изменения, которые ограничивают вариативность и возможности дальнейших адаптаций. Например, высокая степень специализации в структуре тела или поведении может сделать организм менее гибким и способным к эволюционным изменениям.

У насекомых нет гиппокампа, но у некоторых есть структуры, которые выполняют сходные функции. Например, у пчёл и других перепончатокрылых есть грибовидные тела, которые участвуют в формировании памяти и обучении. У насекомых есть структуры, которые могут временно сохранять информацию о стимулах и передавать её в другие отделы мозга для дальнейшей обработки. Однако эти процессы отличаются от тех, что происходят в гиппокампе млекопитающих. Это - какое-то свое, совершенно отличное от психики направление, о котором почти ничего не известно.

Можно измыслить и искусственно построить множество различных версий для обработки удерживаемых актуальных стимулов и заставить их вырабатывать альтернативные привычным реакции с учетом памяти прошлого опыта (которая так же может быть организована самыми разными способами).

Говорят, что опытный схемотехник может заставить заработать любую схему, если только в ее идее не будет внутренних противоречий. И я, как опытный схемотехник, могу подтвердить это.

В Лаборатории схемотехники адаптивных систем была разработана полноценная модель индивидуальной адаптивности Beast (fornit.ru/beast), начиная с гомеостата, c реализацией базы безусловных рефлексов и варианта реализации субъективности.

Можно уверенно постулировать, что какими бы вариантами реализации подобное устройство не было выполнено, сами принципы задаваемых заранее механизмов, последовательности стадий развития адаптивности к окружающему и обновляемой информационной картины (основы субъективности) неизбежно останутся теми же.

При этом простым изменением некоторых начальных установок и/или изменением функций в любой части системы, можно получить широкий спектр живых существ. Такой прототип индивидуальной системы адаптивности оказывается неоценимым инструментом для моделирования как отдельных механизмов, так и целых систем. Он может быть верификатором предположительных механизмов, выводимых из нейробиологических и психологических исследований.

Выводы: адаптивная системы любого живого организма неизбежно включает в себя основные эволюционно последовательные принципы до некоторой сложности их реализации. У любого живого (fornit.ru/64924) существа должна быть система гомеостаза с механизмами возврата в норму жизненных параметров, которая включает безусловные рефлексы, заданные до рождения, приобретаемые условные рефлексы, нарабатываемые с опытом автоматизмы и систему формирования и/или коррекции автоматизмов.

Растения также относятся к живым организмам, потому что у них есть система гомеостаза, но регуляция ограничена физиологическими и биохимическими процессами. Например, они могут регулировать поглощение воды и минеральных веществ из почвы, открывать и закрывать устьица для контроля газообмена и транспирации, а также синтезировать защитные вещества в ответ на стрессовые воздействия. Т.е. так же существуют ситуации, в контексте которых нужны определенные ответные действия. Все же они есть, и растения вписываются в предложенное определение живого. Но это - совершенно иное направление адаптивности.

Сложность и адаптивные возможности живого существа зависят от того, на какой стадии остановлено развитие его систем (наследственно или искусственно как в эффекте маугли).

Следующая книга - "Субъективность": fornit.ru/68364