Файл: И. Т. Касавиндоктор филос наук, чл корр. Ран б. Г. Юдин.pdf

28
слова, то особенно активными становятся две локальные зоны левого полушария. Если же испытуемые слушают слова через наушники, то наблюдается активность соответствующих зон правой гемисферы.
В отличие от ПЭТ функциональный сканер магнитного резонанса не нуждается в инъекциях радиоактивных материалов. ФСМР по- зволяет зафиксировать радиосигналы, которые испускаются атомами водорода в мозге под воздействием изменения направления внешнего магнитного поля. Эти радиосигналы усиливаются, когда уровень кис- лорода в крови повышается, указывая тем самым, какие зоны мозга являются наиболее активными. Поскольку применение ФСМР не связано с хирургическим вмешательством, исследователи могут делать сотни сканирований мозга одного и того же человека (чей мозг столь же индивидуален, как и отпечатки пальцев) и получать очень детальную информацию о его структуре и функционировании.
Необходимо, однако, учитывать, что наш мозг обрабатывает информацию настолько стремительно, что сканирующие устройства типа ПЭТ и ФСМР не поспевают за его текущей работой. Конечно,
МЭГ и ЭЭГ — более быстрые методы, но они не позволяют получить структурную, анатомическую информацию. Поэтому в последнее десятилетие наметилась устойчивая тенденция к совместному ис- пользованию сканирующих устройств и техники, регистрирующей электрические сигналы (например, ФСМР в различных комбинациях с МЭГ и ЭЭГ). ФСМР дает возможность показать информационную активность мозга с высоким разрешением, но относительно медленно.
Напротив, пространственное разрешение ЭЭГ и МЭГ — относительно низкое, но благодаря своему быстродействию они могут отображать по- следовательность событий. Совместное применение функционального сканирования и магнитоэнцефалографии впервые позволило получить трехмерную карту (развертку) функционирующего мозга в реальном времени. Уже первые эксперименты с трехмерным картированием мозга дали удивительные результаты — удалось, в частности, обнару- жить корреляцию между анатомическим нарушением (два сросшихся пальца на руке) и видимой на карте аномалией соответствующих зон мозга пациента. Эта аномалия почти полностью исчезла после того, как сросшиеся пальцы были отделены хирургическим путем. Конечно, трехмерное картирование открывает новые перспективы исследований процессов переработки информации нашим мозгом — например, как на основе сигналов, поступающих из окружающей среды, порождается когнитивная информация, как различные зоны мозга обмениваются информацией, как сенсорная информация ведет к возникновению внутренних мысленных репрезентаций, мыслей и т.д.

29
По-видимому, нейроны нашего головного мозга — это относитель- но медленные вычислительные устройства. Им необходимо несколько миллисекунд, чтобы обработать поступившую на вход когнитивную информацию. Но для того чтобы распознать, увидеть какую-то вещь
(например, летящий белый футбольный мяч) нам понадобятся всего лишь доли секунды. Мы видим цвет мяча, его форму, направление движения, причем схватываем все это интегрировано, одномоментно, хотя наш мозг обрабатывает каждый признак отдельно. Скорость вы- числений нейрона человеческого мозга такова, что за доли секунды при последовательной, пошаговой обработке информации он способен осуществить не более, чем 100 шагов. Таким образом, наша когни- тивная система скорее всего должна иметь мощную параллельную архитектуру.
В 80-х гг. прошлого века в компьютерной науке были разработаны коннекционистские (от англ.

30
новский и др.) повлекли за собой появление новых дисциплин — (ком- пьютерной) вычислительной молекулярной биологии и нейрокибер- нетики. Конечно, не следует забывать, что искусственные нейронные сети представляют собой идеальные и весьма еще упрощенные вычис- лительные устройства, где в качестве формальных нейронов выступают суммирующие пороговые элементы. Обучение таких сетей, имеющих многослойную структуру, происходит путем оптимизации весов синап- сов. По-видимому, биологические нейронные сети используют значи- тельно более сложную систему переработки когнитивной информации, где основную роль играют малоизученные пока что внутриклеточные молекулярные механизмы, а не модификации синапсов.
Но можем ли мы отталкиваться в своих эпистемологических выво- дах от аналогии между работой нашего мозга и работой компьютера — пусть даже и исключительно мощного, состоящего из искусственных нейронных сетей, включающих несколько миллионов параллельно работающих вычислительных устройств, формальных нейронов? Ко- нечно, наш мозг обладает преимуществами и цифровых, и нейронных компьютеров. Но каковы границы этой аналогии, даже если согласить- ся с правомерностью выдвигаемого здесь тезиса, что и наш мозг — этот естественным образом возникший в ходе нейроэволюции орган, обе- спечивший наше выживание, — и созданный человеком компьютер действительно перерабатывают информацию? Ведь если наш мозг перерабатывает когнитивную информацию аналогично компьютеру, то это предполагает, что процессы переработки в нем генетически управляются хотя бы частично, так как невозможно представить себе компьютер, успешно выполняющий те или иные интеллектуальные за- дачи, работа которого вообще не управлялась бы инсталлированными программами. Но означает ли это, что (подобно тому, как это имеет место в компьютере) адаптивно ценные изменения в переработке информации когнитивной системой человека не оказывают никакого обратного воздействия на генетическую информацию, управляющую ее работой и в силу этого вообще не влияют на эволюцию мозга, на нейроэволюцию?
Еще полвека назад многие исследователи полагали, что в силу адаптивной пластичности нервной системы организмов, обладающих способностью к обучению, эти организмы как бы «ускользают» от действия естественного отбора по когнитивным функциям на свой индивидуальный фенотип. Получалось, что их
когнитивные функции
оказываются вне действия механизмов биологической эволюции. Мозг рассматривался как орган, нуждающийся в участии генов, генетиче-

31
ской информации только для своего построения, эмбрионального развития. Оказывалось, что для его дальнейшей работы, для выпол- нения им когнитивных функций генетическая информация вообще не нужна. Сформировавшись, взрослый мозг начинает функциони- ровать подобно компьютеру, в котором происходит быстрая пере- дача электрических сигналов, управляемые программами процессы переработки информации и т.п. Мозг может использовать лишь то, что было заложено в его развитии, он может реализовывать лишь те управляющие когнитивные программы и метапрограммы, которые были «инсталлированы» биологией в ходе его эмбрионального роста, и не способен к их обновлению, влияющему на когнитивное развитие, а уж тем более к когнитивной эволюции.
Вплоть до последних десятилетий нейробиологи действительно не имели никаких прямых экспериментальных данных, свидетельствую- щих о наличии молекулярных связей между выполнением мозгом своих когнитивных функций и эволюцией. Правда, в пользу таких связей имелись весьма веские общетеоретические соображения, поскольку предположение о том, что работа центральной нервной системы чело- века абсолютно не контролируется генетически, многим биологам ка- залось неправдоподобным. К тому же, исследуя когнитивные аномалии
(например, синдром Тернера, который влечет за собой когнитивные проблемы, связанные с ориентацией в пространстве), генетики обна- ружили убедительные примеры того, как хромосомные аберрации (т.е. численные и структурные нарушения X — и Y–хромосом) негативно влияют на работу когнитивной системы человека
10
Только сравнительно недавно в результате соответствующих ис- следований в молекулярной нейробиологии было экспериментально обнаружено, что обмен электрических сигналов,
электрическая ак-
тивность в мозге протекает не только на поверхности нервных клеток
(синапсов), но и уходит в глубь клеток. Эта активность включает моле- кулярные каскады передачи электрических сигналов от поверхности нейронов в цитоплазму и ядро, где локализованы хромосомы и гены.
Отталкиваясь от полученных экспериментальных результатов, можно было предположить, что гены должны принимать участие в процессах переработки мозгом когнитивной информации, в выполнении мозгом когнитивных функций, в том числе в работе мышления, в механизмах обучения, запоминания и т.д.
С середины 80-х гг. прошлого века, используя новые методы генетического маркирования, нейробиологи стали предпринимать систематические попытки поисков ген, которые могли влиять на ког- нитивные процессы. Их пристальное внимание привлекли
структур-

32
ные гены, обеспечивающие рост и дифференциацию клеток, т.е. гены, ответственные за развитие организмов. Оказалось, что некоторые из этих («замолкающих» после выполнения своих функций) генов вновь подключаются к работе мозга при столкновении организмов с когнитивными задачами и проблемами (которые требуют, например, запоминания, обучения или новых мыслительных стратегий), но уже
в качестве генов-регуляторов
11
. Они синхронно активизируются в мил- лионах нервных клеток, вовлеченных в выполнение соответствующих когнитивных функций. Конечно, гены-регуляторы не в состоянии
необратимым образом изменить свойства (в том числе и логические) нервных клеток мозга, оказать необратимое влияние на передачу электрических сигналов (информации) через синапсы. Но они могут это делать
временно, в течение довольно длительного периода, внося коррективы в репертуар работы клеток, меняя их свойства, влияя на передачу информации и т.п. благодаря своему участию в синтезе бел- ков, которые возвращаются к ядру клетки. Они включают и выключают десятки других генов, управляют, подобно дирижеру, фенотипиче- скими свойствами клеток в течение довольно длительного времени, выступая в качестве триггера, запускающего эти процессы.
Таким образом, под воздействием когнитивных событий и проблем, влияющих на выживание (например, требующих обучения новому навы- ку, запоминания, новых мыслительных стратегий и т.д.), генетические свойства клеток головного мозга могут меняться на длительный период.
Но если подобного рода когнитивные ситуации часто повторяются на протяжении жизни нескольких поколений (например, в случае су- щественных изменений окружающей среды, при переходе отдельных популяций людей от охоты и собирательства к сельскохозяйственному производству, при массовой миграции сельского населения в города и т.п.), то, как полагают исследователи, в результате мутаций структур- ных генов (развития) и действия естественного отбора по когнитивным функциям вместо запуска работы гена-регулятора (включающегося только временно в ответ на возникновение когнитивной проблемы) происходит запуск работы гена развития. (А эти функции — функции регулирования и развития, — как уже отмечалось, могут выполнять одни и те же структурные гены — гены развития.). В результате
в новых нервных
клетках происходит порождение необратимым образом таких же (или
сходных) свойств, которые только временно возникали в старых клетках
благодаря действиям генов-регуляторов. Иными словами, благодаря воздействию событий окружающей среды, требующих адаптивных изменений в когнитивной системе, возникают
эволюционные изменения
в морфологии мозга отдельных особей.