Предпримем попытку нарисовать такую картину, опираясь на установленные факты, известные связи и структуры мозга, изученные в них процессы и собственные, порою несколько вольные гипотезы.
Однажды лауреат Нобелевской премии Ф.Крик, тщетно пытаясь объяснить собеседнице принципы восприятия человеком окружающего мира, в отчаянии спросил, каким образом видит мир она. Дама ответила, что, вероятно, у нее в голове есть маленький телевизор. Тогда Крик задал еще один вопрос: "А кто смотрит на его экран?" Собеседница убедилась в своем заблуждении. Но истина не прояснилась. Комментируя этот диспут, ученый заметил, что механизмы восприятия мира сложны и запутанны, а путь к их познанию извилист и долог. Попробуем хотя бы немного по нему продвинуться.
Пять органов чувств (сенсорных систем) несут в мозг информацию о зрительных образах, звуках, запахах, тепловых, механических и вкусовых ощущениях. Несомые ими изображения "заканчиваются" на сетчатках глаз, звуки – на барабанных перепонках, вкусовые ощущения – на рецепторах языка и т.д. Затем первичные рецепторы преобразуют информацию в электрические импульсы, которые по нервным волокнам устремляются в кору больших полушарий. Как же мозг выделяет и усваивает информационные сообщения из потока поступающих импульсов?
Главным "переключателем" сообщений считается подкорковое скопление нейронов – ядра таламуса, или зрительные бугры (обонятельную луковицу, имеющую сходную структуру, можно считать вынесенным ядром таламуса, связи которого с первичными рецепторами предельно укорочены). Нейроны таламуса связаны выходными каналами (аксонами) с проекционными зонами коры. Электрическая активность проекционных зон при раздражении рецепторов дает основание предполагать, что в этих зонах сигналы рецепторов синтезируются в виде итоговой информации, которую и воспринимает наше сознание.
Если воспользоваться современными техническими аналогиями, можно сказать, что эти зоны как бы выполняют роль дисплея – нейродисплея, который с помощью нейронных цепочек синтезирует из поступающих импульсов условные образы и ощущения, неразрывно связанные с реакцией первичных рецепторов на информацию-раздражитель. При этом преобразованные сетчаткой зрительные образы включают зрительную кору (нейровизор), преобразованные в импульсы звуки включают слуховую кору (нейрофон) и т.п. Примечательная особенность нейродисплея заключается в его способности одновременно синтезировать пять различных типов образов или ощущений, взаимно дополняющих характеристику внешнего объекта.
Выходит, что наш гипотетический нейродисплей все же имеет какое-то сходство с телевизором, поскольку превращает поток электрических импульсов в информационные образы. Введение нового понятия отнюдь не воскрешает идею гомункулуса, ведь дисплеем мы назвали вполне определенные участки мозга – первичные зоны коры, электрическая активность которых повышается в моменты приема информации.
Из нейродисплея довольно мощные пучки аксонов идут в ассоциативные зоны коры, а оттуда часть аксонов возвращается в таламус, осуществляя обратную связь. Лауреаты Нобелевской премии Д.Хьюбел и Т.Визель отмечают, что для зрительной системы "функция этой цепи обратной связи неизвестна". Так же обстоит дело и с другими сенсорными системами. Вряд ли природа может позволить себе роскошь вводить ненужные каналы в таком компактном органе, как мозг, поэтому попытаемся объяснить роль обратных связей "нейродисплей – таламус".
Необходимость выделять жизненно важную информацию способствовала эволюционному развитию мозга, который все более четко разделял информацию по уровню ее актуальности.
Если информация актуальна и требует ответной реакции организма, в таламус направляются импульсы положительной обратной связи, которые обеспечивают повторные включения нейродисплея (поддерживают реверберацию включившихся нейронных цепей). Тем самым информация удерживается на время, необходимое для принятия решения. Это свойство нейродисплея позволяет нам, закрыв глаза, "видеть" предметы (еще одна аналогия с телевидением, которое может повторить для нас давно минувшее мгновение, скажем, мастерски забитый гол), "слышать" отзвучавшую мелодию, ощущать тяжесть, которую мы уже сбросили с плеч…
Если информация неактуальна (или стала неактуальной), нейродисплей выключает сам себя, посылая в таламус импульсы отрицательной обратной связи. Происходит адаптация сенсорных систем к неактуальной информации (поэтому, например, мы и не слышим привычного тиканья часов).
Эксперименты показывают, что существуют два различных интервала времени, в которые кора реагирует на раздражение рецепторов: от 0,5 секунд и от 2 до 12 минут. Возможно, эти интервалы соответствуют двум режимам работы нейродисплея: однократному включению при неактуальной информации и повторным включениям при кратковременном удержании информации в памяти. Если это предположение верно, то таламус, нейродисплей и связи между ними образуют контур кратковременной памяти. Кстати, при выходе из строя таламуса кратковременная память не функционирует.
Порой мы читаем книгу и не воспринимаем текста, смотрим в окно и ничего не видим, хотя глаза привычно фиксируют буквы и предметы. В эти моменты наше внимание отвлечено, мы что-то вспоминаем, занимая мозг переработкой другой, накопленной ранее информации. Следовательно, нейродисплей не всегда реагирует непосредственно на сигналы рецепторов, а подчиняется командам какого-то центра внимания, диспетчера, управляющего памятью.
Гипотетический центр внимания должен, вероятно, находиться в подкорковой области, которую называют старым мозгом. В самом деле, животные, не имеющие коры, способны все-таки концентрировать свое внимание на актуальной информации, иначе они не могли бы искать пищу или защищаться от врагов. С другой стороны, такой центр должен иметь связи со всеми зонами коры, чтобы воздействовать на них. Этим условиям удовлетворяет довольно крупное скопление нейронов – неостриатум, расположенный в центре мозга.
Связи нейронов неостриатума с корой и их электрическое взаимодействие позволяют описать работу центра внимания следующим образом. При попадании информации на внешние рецепторы в первую очередь возбуждается неостриатум, который посылает свои сигналы в таламус и включает нейродисплей. Информация удерживается в контуре кратковременной памяти на время принятия решения, а из коры в неостриатум поступают импульсы отрицательной обратной связи, отключая центр внимания и подготавливая его к приему новой информации. Степень актуальности информации неостриатум, вероятно, определяет по сигналам гипоталамуса, который следит за процессами жизнеобеспечения организма.
Попробуем доказать такое предположение с помощью известных фактов. Во-первых, нейроны неостриатума одними из первых реагируют на внешнюю информацию, это явление называют опережающей электрической активностью. Во-вторых, при выходе из строя неостриатума нарушается восприятие зрительных образов (нейродисплей не включается!). В-третьих, неостриатум имеет обширные связи с таламусом, гипоталамусом, а главное, со всеми зонами коры.
Мы знаем, что часть информации из нейродисплея попадает в долговременную память. При этом, по-видимому, важна не продолжительность воздействия информации, а ее актуальность. При заучивании наизусть повторные включения нейродисплея достигаются многократным раздражением первичных рецепторов, т.е.