Цнс

Сознание рефлексия субъектом действительности, своей деятельности, самого себя. Оно порождается не природой, а самим человеком и окружающим миром, семьей, обществом.
В свое время Г. В. Ф. Гегелем были высказаны идеи о трех слоях в его учении о субъективном духе, который выделял три ступени в развитии субъективного духа: антропологию, феноменологию и психологию. Сегодня этот подход вполне применим к сознанию.

Введение. Понятие сознания

Вопрос о сознании у людей возникал с давних времен, но понимание проблемы и ее формулирование появилось сравнительно недавно, впервые явно упоминается в работе Рене Декарта. По традиции начну с Р. Декарта, который первым предложил отождествить психику и сознание (мышление). Сам термин сознание Декарт не употреблял.

Декарт определяет сознание как все то, что совершается в нас осознанно, поскольку мы это понимаем. Таким образом, не только понимать, хотеть, воображать, но также и чувствовать есть то же самое, что мыслить.

Сознание это рефлексия, включенная в различные умственные акты, такие как восприятие, мышление, сомнение, верование, волнение и т. д. Сознание представляет собой внутренний, незамутненный взор ума, от которого практически ничто не может быть скрыто. (по Дж. Локку).

Зигмунд Фрейд считал, что следует расширить определение сознания как преднамеренной и целенаправленной психической активности. Определение оказывается в равной мере применимым и к бессознательному. Фрейд, возможно первым, разглядел в содержимом бессознательного смысл и намерение.

Сознание это способность оценивать сенсорную информацию, реагировать на нее критичными размышлениями и действиями и сохранять следы событий в памяти, чтобы прошлые отпечатки или действия могли быть использованы в будущем (А. Р. Лурия).

Бессознательное, по К. Юнгу, есть совершенный источник нашей общности и креативность. Коллективное бессознательное это образ мира, на формирование которого ушла вечность Оно состоит из совокупности инстинктов и их коррелятов, архетипов. Подобно тому как каждый из нас обладает инстинктами, он также обладает запасом архетипических образов
На бессознательном уровне в опытах обнаруживаются умственные процессы: восприятие, представление, намерение, вспоминание и т. п., где они недоступны для интроспекции.

Центральная догма нейробиологии. Основным объектом нейробиологии человека является нервная система, состоящая из двух больших частей:
а) центральной нервной системы (ЦНС), включающей и управляющий ею головной мозг;
б) периферической нервной системы, состоящей из периферических нервов, а также двух других подсистем вегетативной нервной системы (делится на симпатический и парасимпатический отделы) и диффузной (соматической) нервной системы.

Головной мозг важнейший орган ЦНС, который в свою очередь состоит из частей, т.е. областей или структур мозга (рис. А ). В основе догмы лежит предположение, что все нормальные функции здорового мозга и все их паталогические нарушения объясняются, исходя из свойств основных структурных компонентов мозга. Вся деятельность мозга определяется событиями, действиями, происходящими в определенных частях мозга.

Основные концепции сознания. Нервная система это телесный орган и действует в пределах всего тела. Отдельные функции нервной системы осуществляются ее подсистемами, организованными в соответствии со своим назначением. Работает принцип передачи сигнала (возбуждение/торможение), а также структурный иерархический принцип.
В статье не раскрывается клеточный подход: нейрон, дендрит, аксон, синапс, сигнал и др.
Нейрон в рабочем состоянии это заряженный конденсатор. На внешнем слое мембраны клетки концентрируются положительные ионы (ионы натрия Na+), на внутреннем слое возникает отрицательный заряд. Если нейрон начинает (решает) действовать, то открываются натриевые канальцы, ионы проникают внутрь и начинается деполяризация заряды нейтрализуются. Сигнал деполяризации бежит вдоль по аксону до синапса и далее по цепочке связей. Нейроны (клетки) ЦНС не делятся и не обновляются (их более 86 миллиардов), но со временем часть из них разрушаются, гибнут.

Адресуюсь к математикам, которые могли бы поучаствовать в создании отдельных алгоритмов и моделей функционирования сознания, а к специалистам по информационной безопасности с предложением заняться основами новой теории безопасности в целом и информационной в частности. Повод задуматься об этом я в статье высказал.

Что в сознании изучается

1. Феноменальный опыт сознания, т. е. непосредственное переживание картинки окружающего мира
2. Процессы переработки информации, осознаваемые и неосознаваемые это область когнитивных коррелятов сознания.Стимул слово на 30 миллисек не виден человеку, но мозг воспринял и обрабатывает. Река берег.
3. Процессы нейрональных коррелятов сознания.

Для сознания справедливы и действуют следующие законы:

1. Закон Клапареда (закон осознания).Мы осознаем лишь в меру нашего неумения приспособиться. Чем более что-то употребляется автоматически, тем труднее оно осознается.
2. Закон смещения или сдвига. Осознать что-то чаще всего означает перевести это что-то в плоскость языка. Сознание может изменяться уменьшаться или увеличиваться, утрачиваться при обмороке. Возникло понятие поле сознания, образно это прожектор, луч которого освещает внешнее или внутреннее поле. Перемещение луча по полю выражается в явлениях внимания. Поле внимания или поле сознания бывает широким, узким, более или менее устойчивым, концентрированным или рассеянным.
3. Закон содержания поля сознания. Актуально сознаваемым является лишь то содержание поля сознания, которое определяется предметом действия, связано с мотивацией и целью действия.
4. Закон вытеснения (в подсознание). Нам желательно не осознавать неприятные вещи и они как бы вытесняются из поля сознания в область подсознания, где продолжают существовать, но уже не осознаются. Это предмет психоанализа (З. Фрейд).

Что же мы знаем о сознании на сегодняшний день? Сознание это некоторый механизм в мозге, который выстраивает непротиворечивую картину мира, который позволяет нам контролировать наше поведение и в то же время позволяет нам объяснять его, строить интерпретации происходящего, прогноз будущего в окружающем мире.

Сознание является продуктом и результатом деятельности систем, к которым относится и индивид (личный опыт), и общество (общественное сознание), а не только мозг (разум, интеллект). Способность осознавать не является функцией какой-то одной части мозга. Скорее ее нужно искать в совместной деятельности отдельных систем мозга, каждая из которых вносит свой особый вклад в работу всей функциональной системы в целом. Психическая деятельность человека имеет трехуровневую структуру, включая сознание, подсознание и надсознание сверхсознание. Сознание включает то, что может быть передано речью другим. Подсознание защищает сознание от излишней работы (примеры стереотипов поведения) и психических перегрузок.

Сверхсознанию приписывают творческую интуицию, которая не контролируется сознанием и волей. Например, сверхсознание защищает нарождающиеся гипотезы от консерватизма сознания, от чрезмерного давления ранее приобретенного опыта. Игры детей тренируют сверхсознание, обладают самоценностью так как игра свободна от достижения утилитарных целей, в ней решаются бескорыстно-творческие задачи, приобретаются знания, умения и навыки.

Главными элементами сознания человека являются его ощущения, чувства и представления. Учеными отмечается, что основные процессы психики это результат творческого синтезирования, который дает возможность сознанию открыть такие процессы, как апперцепция и перцепция. Что же такое апперцепция? Это процесс, с которым сознание реализует свой потенциал к самоорганизации, он противостоит принципу ассоциации, приводя к осмыслению и расстановке в правильном порядке всех психологических элементов.

Необходимость возникновения, формирования сознания, социальная обусловленность, вызвана у человека потребностью объяснить факт, что вещи не только существуют, но еще и отмечаются и познаются. Главная функция сознания это познавание, другая функция адаптация. Именно они способствуют успешности поведения.

Чаще всего среди систем мозга, формирующих сознание, называют:
ретикулярную формацию ствола мозга, контролирующую уровни бодрствования;
вторичные зоны задних (афферентных) областей коры полушарий, обеспечивающие хранение и регистрацию, поступающей сенсорной информации;
наиболее важные медиальные зоны лобных долей, участвующих в формировании побуждений и программ действия, а также играющие основную роль в сознательной регуляции целенаправленного поведения.
клауструм.

В настоящее время нейрофизиологи пытаются понять природу человеческого сознания, изучая клауструм крошечную прослойку серого вещества глубоко в мозге.

В 2005 году была опубликована статья Фрэнсиса Крика и Кристофа Коха, в которой предполагалось, что Claustrum может играть определённую роль в работе сознания. Незадолго до своей смерти Френсис Крик также дал интервью директору Исследовательского центра высшей нервной деятельности (англ. Center for Brain and Cognition) Рамачандрану Вилейануру: Рама, я думаю, что секрет сознания заключается в Claustrum, не так ли? Иначе зачем эта крошечная структура подключена к столь многим структурам мозга.

Несмотря на применение самых изощренных технологий, ученые пока не могут сказать, как серые клетки превращают потоки разрозненной информации от органов восприятия в яркий внутренний мир.

Далее выскажем пожелание читателю внимательно ознакомиться с рисунками А и Б, которые представляют материальную основу и организацию предмета дальнейшего изложения.

Рисунок А Схема центральной нервной системы. Головной мозг


Рисунок Б Схема вегетативной нервной системы. Римскими цифрами обозначены порядковые номера черепно-мозговых нервов

Важнейшим свойством таких систем является возможность создания недостающих им функциональных органов, своего рода новообразований (примером для мозга человека является новая кора), которые в принципе невозможно редуцировать к тем или иным компонентам исходной системы. Сознание должно выступать в качестве суперпозиции функциональных органов.

Свойства сознания

У. Джемс выделил четыре существенные черты сознания:
1) каждое состояние сознания является частью личного сознания;
2) в отличие от тождественности воспринимаемых нами объектов его состояния никогда не бывают абсолютно тождественными, они изменчивы;
3) непрерывность личного сознания;
4) избирательность, выражающаяся в частности во внимании и обдумывании.

Можно перечислить ряд характеристик феноменального сознания или сознания вообще: квалитативность, интенциональность, субъективность, приватность, отсутствие пространственного протяжения, невыразимость, простота, безошибочность, прямое знакомство и внутренняя природа. Таково рабочее определение сознания.

1. Квалитативность (качественность) это то, каким образом вы испытываете свой внутренний субъективный опыт. Обычно это сенсорные характеристики: цвет, тактильные, вкусовые ощущения и т. д., а также эмоции.

2. Приватность сознательного опыта означает, что вы не видите то, как я вижу вас. Даже если в будущем изобретут средство увидеть то, чт другой человек наблюдает в своем мозге, то все равно нельзя будет увидеть его сознание, ведь увиденное будет вашим собственным сознанием. Нейроны в мозге можно увидеть хирургическим путем, но с сознанием это не сработает, потому что это абсолютная приватность.

3. Отсутствие пространственного протяжения свидетельствует о том, что, когда я смотрю на белую колонну, моя голова не увеличивается на объем этой колонны. У ментальной белой колонны нет физических параметров.

4. Невыразимость ведет к понятию простоты и неразложимости на другие характеристики. Некоторые понятия невозможно объяснить через более простые. Например, как объяснить, что значит красное? Никак. Объяснение через длину волны не считается, потому что, если начать подставлять его вместо слова красное, значение высказываний изменится. Некоторые понятия можно выразить через другие, но в первом приближении они все кажутся невыразимыми.

5. Безошибочность означает: вы не можете ошибаться насчет того, что находитесь в сознании. Вы можете заблуждаться в суждениях о вещах и явлениях, вы можете не знать, чт стоит за ментальным образом, но если вы с этим образом сталкиваетесь, значит, он существует, даже если это галлюцинация.

6. Недоступность извне к сознанию. Даже зная, что кто-то не находится в бессознательном состоянии, это не дает возможности изучать его сознание.

7. Обобщенность и отвлеченность. Сознание оперирует не реальными предметами и
явлениями окружающего мира, а обобщенными и абстрактными понятиями, лишенными части атрибутов конкретных объектов действительности.

8. Целостность. Сознание психически здорового человека, как правило, обладает
целостностью. В рамках данного свойства возможны внутренние конфликты ценностей или интересов. При некоторых видах психических заболеваний целостность сознания нарушается (шизофрения расщепление сознания).

9. Константность. Относительная устойчивость, неизменчивость и преемственность сознания, определяемые памятью. Константность сознания обусловливается свойствами личности.

10. Динамичность. Изменяемость сознания и способность к непрерывному развитию,
обусловливаемая кратковременными и быстро сменяющимися психическими процессами, которые могут закрепляться в состояниях и в новых свойствах личности.

11. Искаженность. Сознание всегда отражает действительность в искаженном виде (часть информации теряется, а другая часть искажена индивидуальными особенностями восприятия и установками личности).

12. Индивидуальный характер. Сознание каждого человека отличается от сознания других людей. Это связано с рядом факторов: генетическими отличиями, условиями воспитания, жизненным опытом, социальным окружением и пр.

13. Способность к рефлексии. Сознание обладает способностью к самонаблюдению и самооценке, а также может представлять себе, как его оценивают другие люди.

Кое-какие факты о сознании, его свойствах дают исследователю наблюдения за больными с дефектами и заболеваниями мозга, но систематическими исследованиями это, конечно, не является и ожидать больших успехов здесь не приходится.

Наличие уровня информационной интеграции. Определяется временем. Время, затрачиваемое на измерение информационной интеграции в сети нейронов, увеличивается в геометрической прогрессии по сравнению с числом рассматриваемых узлов что означает, что даже при использовании наилучшей технологии вычисления могут длиться дольше, чем жизнь Вселенной. Новая идея подобных вычислений (Токер) за пару минут обеспечивает получение результата.

Функции сознания

Сознание не просто высшее личностное образование, оно осуществляет три взаимосвязанные функции: регуляцию психических процессов, регуляцию отношений и регуляцию деятельности субъекта (С. Л. Рубинштейн).

Две основных функции сознания выделяются в работах В.С. Ротенберга:
Объективирование и закрепление в речи знания об объективной реальности и выделение из окружающей среды самого себя как субъекта познания этой реальности. С этой функцией сознания связано формирование значений.
Выделение себя из окружающей среды в качестве субъекта личности. Эта функция со-знания обеспечивает возможность самовосприятия и самооценки. С ней связано формирование личностного смысла.

Так же к основным функциям сознания можно отнести следующие:
* отражательная (принцип зеркала и памяти);
* порождающая (творческая, или креативная);
* регулятивно-оценочная;
* рефлексивная;
* духовная;

Трудная проблема (термин введен философом Дэвидом Чалмерсом, 1995 г.) сознания (англ. hard problem of consciousness) это проблема объяснения того, почему у нас есть квалиа (ментальные состояния) или феноменальный опыт, как ощущения приобретают такие характеристики, как цвет или вкус; почему у субъекта появляются определенные состояния сознания, измененные состояния.

Другими словами, это проблема поиска ответов на два вопроса: каким образом мозг порождает сознание? И почему сознание существует, почему сознание возникает?

Общеизвестными научными методами ответов на эти вопросы пока получить не удалось.
К легким проблемам относят поиск ответов от третьего лица на вопросы типа: что делает сознание, какова его структура, как оно изменяется с течением времени?
Утверждается, что сейчас известно устройство и принципы функционирования головного мозга, как мозг контролирует поведение организмов и понимание самого поведения, но из этого отнюдь не следует понимание сознания.

Теории и методы изучения сознания

В число наиболее существенных и влиятельных нейробиологических теорий входят следующие:
теория интегрированной информации (англ. integrated information theory);
теория динамического ядра (англ. reentrant dynamic core theory);
теория глобального рабочего пространства (англ. global workspace theory);
теория нейронального глобального рабочего пространства (англ. global neuronal work-space theory);
дуплексная теория зрения (англ. duplex vision theory);
теория рекуррентной обработки (англ. local recurrence theory);
теория микросознания (англ. microconsciousness theory);
таламокортикальная теория (англ. thalamocortical binding theory);
теория ощущения происходящего (англ. consciousness as the feeling of what happens).
Теория когнитивного диссонанса (англ. A Theory of Cognitive Dissonance Леон Фестингер) и это разумеется не полный перечень.

Когнитивная система, когнитивная структура (от лат. cognitiо познание) система познания (человека), сложившаяся в его сознании в результате становления его характера, воспитания, обучения, наблюдения и размышления об окружающем мире.

На основе этой системы ставятся цели и принимаются решения о том, как надо действовать в той или иной ситуации, стараясь избежать когнитивного диссонанса. В основе когнитивной системы лежит взаимодействие мышления, сознания, памяти и языка; носителем такой системы является мозг (человека). Третьей чертой сознания Джемс назвал непрерывность из чего следует понятие потока сознания.

Единство сознания и деятельности. Линии непрерывности или прерывистости состояний сознания четко обозначены в патологии. Так, в выстраивающихся в непрерывную линию разных видах оглушения, сопоре и коме ярче всего выражена непрерывность сознания. В формах типа делирия, онейроида смежность, а в формах типа сумеречных состояний, особенно при эпилепсии, замкнутый мирок прерывности (Спивак Д.Л., 1989).

Исследование сознания представляет значительные трудности, а о расстройствах его приходится судить по косвенным признакам: мимика, жалобы (некоторые больные жалуются на неясность сознания), реакции на внешние воздействия, оценка ориентировки, внимания, мышления и другие.

Неинвазивные методы изучения сознания.

Для исследования психофизиологических механизмов бодрствования и сна широкое распространение получила электроэнцефалография. С поверхности кожи головы можно записывать и вызванные потенциалы мозга, которые возникают в ответ на различные сенсорные раздражители (световую, звуковую и иную стимуляцию).

Существуют неинвазивные технологии сканирования мозга, включая новые
варианты МРТ,
магнитоэнцефалографию (МЭГ измерение магнитных полей, образующихся в результате электрической активность мозга),
диффузионную трактографию (анализ пучков нервных волокон в головном мозге) и
стандартная методика ТМS (трансчерепная магнитная стимуляция) определенных областей мозга, которая обеспечивает (по реакции мозга в различных его состояниях на такое воздействие), оценивание способности мозга интегрировать информацию.

Аналитическая интроспекция. В качестве метода изучения сознания длительное время выступала в основном интроспекция как систематическое использование самонаблюдения для научных целей. Для изучения различных состояний сознания используются описательные методы, основанные на наблюдении за собственным поведением и самоотчетах испытуемых о своих переживаниях.

Для изучения сознания все чаще стали использовать лингвистические методы, поскольку непосредственным репрезентативом сознания является язык в его речевой форме. Анализ изменений в характеристиках речи (лексика, семиотика и грамматика языка) при тех или иных психических состояниях, изменениях физиологических процессов в центральной нервной системе широко используется в психолингвистике и нейролингвистике. В настоящее время разработаны и количественные методики измерения изменений речи у лиц в обычном и измененном состояниях сознания (Спивак Д.Л., 1986).

Установлено, что в головном мозге существует регулярная сеть нейронов, напоминающая структуру возбуждения нейронов новой коры. Пространственное разрешение неинвазивных методов сканирования мозга постоянно увеличивается с невероятной скоростью.

Методы моделирования функционирования мозга

Моделирование выполняют с применением неинвазивных и инвазивных (с животными) методов.
Создано несколько крупномасштабных проектов по компьютерным моделям мозга, например, лаборатория в Колд-Спринг-Харбор получила 500 терабайт информации в результате сканирования головного мозга мышей, и выложила модель для общественного доступа в июне 2012 года.

Проект позволяет пользователям изучать мозг подобно изучению поверхности Земли программой Google Earth. Вы можете перемещаться внутри мозга и при более сильном приближении рассматривать отдельные нейроны и их контакты. Можно выделить определенную связь и следовать по ней вдоль всего мозга.
Другой проект HUMAN BRAIN: попытка смоделировать работу мозга на компьютере проект стоимостью в миллиард евро (2013 года). Проект подвергался учеными жесточайшей критике.

Тем не менее идея оказалась слишком привлекательной схожие инициативы были запущены в США (BRAIN Initiative) и Китае. Сам Human Brain Project (НВР) продолжает работу, хотя и в скорректированном виде. Да и сам идеолог проекта Маркрам не пострадал от того, что не сдержал данное десять лет назад обещание, отмечает в своей юбилейной колонке один из самых влиятельных американских научных журналистов Эд Йонг. Маркрам обещал создать 3D-атлас характеристик мозга с разрешением в 50 раз лучшим, чем есть сейчас.

Инициаторы проекта BRAIN Initiative сформулировали задачу так: мы хотим получить, во-первых, полную карту спокойного мозга, т. е. каждую связь каждого нейрона; во-вторых, полную карту активного мозга, т. е. отслеживать в реальном времени (на экране монитора), как возникают, распространяются и гаснут возбуждения, как нейроны образуют активные подсистемы. До решения этой задачи пока далеко. Хорошая статья по данной тематике.

Аппаратное, макетное моделирование. Изображения полученные электронными микроскопами демонстрируют поразительное сходство устройства электронных микросхем (увеличить) и структур реального мозга. Нейронные сети создаются не только программные, но и аппаратные.


Рисунок В фрагменты многослойных структур слева электронная микросхема; справа- сеть нейронов новой коры мозга.


Рисунок Г фрагменты многослойных структур изображения регулярных связей нейронов в новой коре

При проверках гипотез разные состояния по уровням и областям мозга достигаются приемом различных медпрепаратов, которые изменяют уровни выхода важных трансмиттеров (специальных веществ, например, ацетилхолин, глутамат и др.). В условиях анестезии, по-видимому, полностью нарушается информационная интеграция мозга.

Антропный принцип в теории сознания

В рамках принципа формулируются вопросы: могла бы вселенная существовать без населяющих ее сознательных существ, насколько важно сознание для вселенной в целом? И другие, вопросы, например, намеренно ли законы физики задумывались такими, чтобы обеспечить существование сознательной жизни? Является ли наше место во вселенной как в пространстве, так и во времени каким-то особенным? Этот перечень и другие вопросы возникают в рамках научной гипотезы, называемой антропный принцип.

О безопасности. Взгляните на планету Земля со стороны. Внутри планеты бушует огонь и пламя (о вулканах знают все), снаружи ужасные космические излучения, мертвый холод, а между этими молотом и наковальней, стихиями природы тоненькая пленочка атмосферы, внизу которой ещё тоньше биосфера. Она развивается, информация стала ведущим направлением в развитии человечества. Пленочка эта существует миллиарды лет. Какие законы безопасности защищают, сохраняют ее столь длительное время, почему и зачем?

Понятно, что такая безопасность зиждется не на административно-правовом принципе (АПП), как это реализуется у людей в настоящее время. Безопасность обеспечивается строгим выполнением написанных инструкций, которые по предположению предусматривают все возможности нежелательных ситуаций. Нарушил инструкцию будешь наказан.

Изъяны АПП-концепции безопасности явные: Чернобыль, Фукусима, подводные лодки батискафы с людьми гибнут, лесные пожары уже становятся обыденностью и т. д., финансово-валютные организации (банки) лопаются, и это при наличии служб безопасности, наличии людей ответственных за безопасность. Написаны горы цветных книг (пример оранжевая книга), создана ГосТехКомиссия, замененная ФСТЭКом, и что?

Концепция сильного искусственного интеллекта (ИИ). В ней полагается, что разум возникает путем реализации сложного алгоритма, который последовательно воплощается объектами физического мира. Природа этих объектов значения не имеет. В качестве аппаратной части могут использоваться объекты любой природы и в них манипулируют нервные сигналы, электрический ток, текущий по проводам, приводные ремни трансмиссий, трубы водоснабжения и др. алгоритм рассматривается как нечто самодостаточное.

Здесь привлекается математический мир Платона, в котором алгоритм может существовать вне зависимости от любой физической реализации. Математические понятия обитают лишь в умах. Возникает своеобразный замкнутый круг: для возникновения алгоритмов требуются умы, а умы возникают лишь при наличии алгоритмов.

Видимое преобладание вещества над антивеществом в наблюдаемой части Вселенной называется барионная асимметрия.
Квантовая механика (наиболее фундаментальная теория материи из существующих) предоставляет учёным формулы, позволяющие очень точно прогнозировать результаты эмпирических наблюдений, однако рисуемую квантовой механикой картину мира очень трудно осмыслить. Поскольку проблема сознания не менее загадочна, многие исследователи предполагают наличие глубокой связи между двумя этими тайнами.

Предпосылки для разработки теории Сознания

Над источниками и причинами познания задумывались ученые разных специальностей. Психолог Юм, а за ним философ Кант и его последователи (Шеллинг, Гегель и др.) копнули проблему достаточно глубоко и основательно.

И. Кант не задавался вопросом, откуда берутся познавательные способности, он констатировал факт, что они существуют, и исследовал, как они работают. В результате Кант пришел к выводу, что существует система категорий, концепций, логических правил и методов вывода (таких как заключения относительно причинных связей между событиями), которые используются в познании природы.

Эта система чистого разума по Канту имеет априорный характер она существует в нашем сознании прежде всякого опыта и является основой научного познания природы. Эти положения можно считать исходной предпосылкой и возможностью. Концепция чистого разума подверглась жесточайшей критике (А. Шопенгауэр), но не по существу средств и методов познания.

Естественно, что приближение фиксированного мышления человека наложило свой отпечаток: Кант утверждаети в рамках этого приближения вполне логично(!), что так как чистый разум априорен, то наш рассудок в познавательном процессе предписывает свои законы природе: хотя вначале это звучит странно, но тем не менее.

Другими предпосылками следует считать установленные факты, закономерности и законы. Перечислим основные отделы мозга и системы, связанные с ними. Часть подобных систем моделируется в компьютерах, на основе результатов разрабатываются устройства, вживляемые в организмы и заменяющие поврежденные природные органы.

Эти мозговые протезы при успешном функционировании свидетельствуют о том, что наука правильно осознала назначение и функции симулируемого органа. Это весьма важное и перспективное направление деятельности ученых.
Для разработки общей теории сознания очень важно установить организационный принцип, который обеспечил бы подходы к феномену Сознания (с большой буквы), доступные для экспериментальной проверки.

Система зрительной информации

Зрительный нерв, идущий от сетчатки, содержит всего 12 выходных каналов, через каждый из которых проходит лишь небольшое количество информации об объектах в поле зрения. Это не изображение с высоким разрешением, а лишь набор очертаний и указаний относительно объектов, попадающих в сцену. Мы в своем сознании воображаем себе окружающий нас мир на основании воспоминаний, хранящихся в новой коре, которая медленно интерпретирует серию образов, поступающих по параллельным каналам. Одни клетки посылают лишь контуры предметов (контраст), другие протяженные области одинакового цвета, третья группа клеток воспринимает и передает исключительно фон за объектом.

Насколько неверные представления мы получаем в жизни о собственной зрительной системе. Многие думают, что мы глазами видим мир во всем объеме. На самом деле мозг получает от 12 каналов очень мало лишь подсказки, контуры в пространстве и времени. Если увеличить детальность, т.е. объем информации, то кора мозга (или ИИ) просто не справится с её обработкой. Разработчикам и создателям ИИ давно ясно, что оставлять для обработки следует лишь самые заметные детали. Дальше работает иерархический принцип обработки, восполняя картину окружающей действительности.

Обычно нам кажется, что зрение сознательная функция: если я вижу, значит, я осознаю. В случае слепого зрения пациент отрицает, что он что-то видит, однако, если его попросить угадать, чт находится перед ним, он угадывает. Все дело в том, что у нас есть два зрительных пути: один сознательный ведет в затылочные зоны коры головного мозга, другой более короткий в верхний отдел коры. Если у боксера будет работать только сознательный зрительный путь, он вряд ли сможет уворачиваться от ударов он не пропускает удары как раз благодаря этому короткому, древнему пути.

Зрительное восприятие это когда вы можете сказать, что и где, а зрительное ощущение это когда при этом вы еще имеете ментальную картинку. Выполняется примерно одна и та же когнитивная функция распознавания объекта, но в одном случае это распознавание сознательно, а другом нет. Слепое зрение это зрительное восприятие без сознания.

Чтобы какая-то функция в мозге была сознательной, нужно, чтобы выполнение определенной когнитивной задачи сопровождалось внутренним субъективным опытом.

Именно наличие приватного опыта является ключевым компонентом, позволяющим сказать, есть сознание или нет. Это более узкое понятие называется феноменальным сознанием (phenomenal consciousness).

Система звуковой информации. Здесь ситуация аналогичная. Особенно впечатляющим является пример с телеигрой Угадай мелодию. Оказывается, часто для угадывания мелодии достаточен совершенно малый набор нот. Двух, трех звучащих нот оказывается достаточно для угадывания всего произведения.

Сознание игрока, обращаясь к предшествующим записям мелодий в коре, восполняет ноты в полном объеме, но у разных игроков число этих нот разное, в зависимости от того, что у кого было записано и структурировано в коре. Именно эти подходы, основанные на понимании способности человеческого слухового аппарата сфокусироваться на одном конкретном источнике звука, использованы при внедрении микрофонов в телефонах сотовой связи. Далее схема обработки слуховой информации (стр. 114 Рэя)


Рисунок 1 Схема обработки слуховой информации в подкорке новой коры

Другие сенсорные источники

Сотни мегабит в секунду, включая входные сигналы от нервных клеток кожи, мышц, внутренних органов и других зон приходят в верхнюю часть спинного мозга. Это тактильная информация, температура, уровни кислотности, перемещение пищи по пищеварительному тракту и данные о множестве других органов. Такая информация обрабатывается средним и стволом спинного мозга. Нейроны первого слоя создают карту тела, отражающую его текущее состояние. Эту карту можно сравнить с изображением на экране оператора радиолокационных станций, когда отслеживают движение целей (самолетов, БПЛА, ракет). Дальше информация передается отделу мозга, называемому таламусом.

Таламус. Таламус выполняет множество функций, например, через него вся предварительно обработанная сенсорная (тактильная, зрительная, звуковая, , исключая возможно обонятельную) информация направляется в специализированные отделы коры головного мозга. Таламус непрерывно поддерживает контакт с новой корой. Ее распознающие модули посылают в таламус предварительные данные и получают ответы в виде возбуждающих и ингибирующих сигналов от 6-го уровня каждого модуля. Самих модулей в новой коре сотни миллионов.

Направленное мышление без сигналов таламуса не работает. Ключевая роль таламуса состоит как раз в сосредоточении внимания, на хранящихся структурированных списках коры, заставляющих нас думать в определенном направлении или следовать определенному плану действий.
Каждый знает, что такое внимание. Это сосредоточение мыслительного процесса, в четкой и яркой форме, на одном из нескольких одновременно существующих объектов или цепочек мыслей. Ключевые элементы этого процесса локализация, концентрация и осознание. Процесс состоит в удалении одних вещей для более эффективного обдумывания других Уильям Джемс.

В завершении этого описания отметим, что наша рабочая память способна одновременно удерживать четыре вопроса по два в каждом полушарии мозга. До конца не ясно, руководит ли таламус новой корой или наоборот, но для нормального функционирования организма нужны оба отдела. На рисунке 2 представлена схема управления элементами организма, верхний уровень которой реализуется сознанием.


Рисунок 2 Схема информационной системы регуляции мозгом (сознанием) функций организма

Общепринято, что сознание живых организмов связывается с мозгом и в первую очередь с мозгом человека. Отмечая важную роль человеческой речи для возникновения и наличия сознания, выбор человека как объекта и носителя сознания достаточно предсказуем. Здесь важно понимать и знать, что есть организм (индивид), обладающий мозгом, изучена его структура, элементы, связи элементов, выявлены функции, возлагаемые на мозг организмом в целом. Понятно, как мозг функционирует, чем руководствуется, определяя поведение организма, т.е. каковы показатели и критерии эффективности такого функционирования. Последнее положение весьма тесно связано с требованиями вида (организма), целями, задачами, ресурсами, условиями внутренними и внешними, ограничениями и др. Кстати не решен пока и такой вопрос мозг принадлежит организму или наоборот организм принадлежит мозгу.

Гиппокамп. Гиппокамп распределен в обоих полушариях, и имеет вид подковы, расположенной в медиальных височных отделах мозга. Основное его предназначение запоминание новых событий. Его собственная память не имеет иерархического строения. Новизну событий определяет новая кора и она решает, что информацию о них нужно представить гиппокампу. Например, новой коре не удается распознать определенный набор черт (новый самолет) или известный портрет, знакомая ситуация приобрела новые характеристики.

Считается, что гиппокамп запоминает такие ситуации путем отсылок к новой коре, и эти воспоминания фиксируются в новой коре как образы низкого порядка.
Емкость гиппокампа ограничена, следовательно, хранящиеся в нем воспоминания не-долговечны. Двусторонние повреждения гиппокампа исключают запоминание новых событий, но ранее запоминавшиеся события сохраняются в нем. Исследователями создан искусственный гиппокамп протез подсистемы мозга. Он имплантирован животным (2011 г.) и с ними проведены эксперименты.

В выводах отмечается эксперименты показали, что нейронные имплантаты способны в реальном времени идентифицировать процесс кодирования и манипулировать им, восстанавливая и даже улучшая когнитивные мнемонические процессы. Особенно
перспективно создание нейронных имплантатов для людей, которые могли бы сглаживать первую фазу повреждений в ходе развития болезни Альцгеймера, так как именно при этом заболевании гиппокамп человека повреждается в первую очередь

Мозжечок. Мозжечок отдел старого мозга, который на заре человечества контролировал практически все движения гоминидов. В нем по-прежнему содержится половина всех нейронов мозга, но масса его составляет около 10% массы всего мозга. Просто нейроны в нем маленькие, а сам он размером с кулак. Для мозжечка характерна повторяемость структур, которые образованы сочетанием нескольких нейронов, повторенных миллиарды раз. Структура его подобно новой коре равномерна. Мозжечок координирует движения и регулирует сокращение мышц. Удаление или повреждение мозжечка не приводит к параличу, но нарушает мышечную координацию. Нитку в иголку продеть не удается. Установлено, что клетки Пуркинье в мозжечке контролируют последовательность движений, и каждая клетка чувствительна к определенной последовательности.

Описание функционирования мозга

Описание функционирования мозга будем рассматривать в соответствии со структурой сознания на фоне функционирования организма в целом. Обычно структурными элементами сознания называют следующие:
разум (мышление),
память,
волю,
воображение,
внимание,
чувства,
эмоции,
представления (понятия),
ощущения,
речь.

Разум человека это способность (компонент мышления) связывать и видеть в единстве процессы, явления и факты и обобщать их. Другим важным компонентом мышления является рассудок, как способность выстраивать логический ход суждения, строгость доказательств и правильность выводов. Разум связывает (синтезирует), рассудок разделяет (анализирует).

Деятельность сознания это в основном анализ и синтез (преобразование) действительности.
Основные жизненные процессы и сама жизнь человека описана (закодирована) в ДНК клеток. С рождением человека в его организме запускается информационная программа, работа которой рассчитана на определенное время, называемое жизнью человека. В нормальных условиях жизнедеятельности некий счетчик отсчитывает временные такты, отведенные на жизнь, переводя их в часы, сутки и годы.

Функциональная компьютерная модель головного мозга(см.здесь)

Каждый миг жизни, проживаемой человеком, программа решает, что делать дальше, в последующий миг. Основным критерием, которому должно удовлетворить принимаемое решение, является сохранение на генетически заданном уровне порядка, или энтропии, либо возникшей полезной для вида (человека) мутации.

Поддержание показателей внутренней среды организма практически на постоянном для нормы уровне осуществляется нервным центром, включающем мозг. Реализуется это с помощью управления (регуляции) функционированием различных органов и физиологических систем, объединяемых в единую функциональную систему организм. Укрупненно это иллюстрируется рисунком 3.


Рисунок 3 Схема строения и функционирования систем организма по П. К. Анохину

В рамках гипотезы Вернона Маунткасла механизм работы коры головного мозга для всех людей практически одинаков. Но действие нейронных ансамблей коры создает у каждого человека уникальное сознание Я, отличное от всех других.

Так сенсорные стимулы поступают на периферические нервные окончания, далее их копии передаются в мозг (в кору). Мозг использует их для создания динамичных и постоянно обновляемых нейронных карт внешнего мира, нашего места и ориентации в нем, а также происходящих в нем событий. На уровне ощущений возникающие образы практически у всех людей одинаковы, они легко идентифицируются путем вербального описания или по одинаковым аппаратно регистрируемым реакциям.

Но, помимо этого, каждый образ связан с генетической информацией и с накопленным индивидуальным опытом, который и делает каждого из нас неповторимым и уникальным. На основе этого интегрального опыта каждый из нас конструирует на высшем уровне своего перцептивного опыта свой собственный очень личный взгляд изнутри.

Самосознание. Самосознание возникает в ходе развития сознания личности, по мере того как она становится самостоятельно действующим субъектом. Самосознание есть не столько рефлексия своего Я, сколько осознание своего способа жизни, своих отношений с миром и людьми.

При рассмотрении самосознания выделяют компоненты:
Сознание своих психических свойств, как результат самонаблюдения.
Сознание Я как активного начала, как субъекта деятельности.
Сознание тождественности, отличающее ощущения от собственного тела, от ощущений, вызываемых внешними предметами и явлениям.
Сознание способности к социально-нравственной самооценке
Личность в ее реальном бытии, в её самосознании есть то, что человек, осознавая себя как субъекта, называет своим Я. Я это личность в целом, в единстве всех сторон бытия, отраженная в самосознании. Реальная личность, которая, отражаясь в своем самосознании, осознает себя как я, как субъекта своей деятельности, является общественным существом, включенным общественные отношения, выполняющим те или иные общественные функции.

Самосознание это динамическая система представлений человека о самом себе, осознания им своих физических, интеллектуальных и других качеств, самооценка качеств, а так же субъективное восприятие влияющих на данную личность внешних факторов (Л.М. Митина).
Самосознание есть всегда сознание самого себя как сознательного субъекта, человека, реального индивида, а вовсе не сознание своего сознания (И.И. Чеснокова).
Большинство психологов рассматривают самосознание как единство трех сторон
самопознания, эмоционально-ценностного отношения к себе и саморегулирования.

Сторонами внутреннего строения самосознания является знание и отношение.
Знание о себе представлено в виде представлений и понятий о себе. Знания человека о самом себе, как реальном субъекте различных видов деятельности, является многообразным по своему составу и по форме отражения. Оно может отражаться как на непосредственно-чувственном уровне, так и на абстрактно-логическом уровне.
Отношение к себе выражается в характеристиках эмоциональной сферы: эмоциях, чувствах, в адрес собственного Я. В результате рефлексии формируется понятие о самом себе или обобщенно-устойчивый Я-образ (Я-концепция).

1. Активность. Сознание связано с деятельностью, с активным взаимодействием с окружающим миром.
2. Избирательный характер. Сознание направлено не на весь мир в целом, а только на определенные его объекты (чаще всего связанные с какими-то нереализованными потребностями).

Уровни и виды состояния сознания

В.М. Бехтерев выделял 6 уровней (форм) сознания:
Сознание своего тела;
Сознание окружающего пространства;
Сознание времени;
Сознание своей личности;
Сознание своего сознания.
Сознание своего существования;
При исследование сознания на ориентировку различают:
ориентировку во внешней среде, т.е. месте, времени и окружающих лицах (аллопсихическая ориентация);
ориентировка по отношению к самому себе как в плане схемы тела (соматопсихическая ориентация), так и в плане психической жизни (аутопсихическая ориентация).

Ю.Б. Гиппенрейтер предлагает следующую уровневую структуру сознания:
А) Отсутствие сознания, непрерывность его функционирования.
Б) Подсознание включает неосознаваемые механизмы сознательных действий. Состоит из трех подклассов:
Неосознаваемые автоматизмы, возможно осознаваемые в прошлом;
Явления неосознаваемой установки;
Неосознаваемые сопровождения сознательных действий (непроизвольные движения, мимика).
В) Предсознание определяется как неосознаваемые побудители сознательных действий (сновидения, ошибки, оговорки), невротические симптомы.
Г) Сознание;
Д) Сверхсознание это процессы длительной и напряженной работы сознания, в результате которой появляется некий интегральный итог в виде новых отношений, чувств, поступков ранее не осознававшихся (творчество, интуиция, катарсис).

Виды состояния сознания

Различают следующие виды состояния сознания:
1. Ясное сознание;
2. Неясное сознание, при котором больной, хотя и разумно, но с опозданием отвечает на вопросы, недостаточно ориентирован в окружающей обстановке;
3. Ступор оцепенение; при выходе из этого состояния на вопросы отвечает недостаточно осмысленно;
4. Сопор отупение; на окружающее больной реагирует, однако реакция носит эпизодический, далеко не адекватный характер, связно объяснить, что с ним происходило или происходит, больной не может;
5. Бессознательное состояние кома (угнетение сознания, нередко с расслаблением мышц).
Нарушение сознания может зависеть от различных патологических процессов в центральной нервной системе, в том числе связанных с расстройством мозгового кровообращения, которое чаще возникает у пожилых лиц при динамическом нарушении кровообращения в результате спазма сосудов, но может быть связано со стойкими анатомическими нарушениями в виде кровоизлияния или ишемии мозга. При этом в ряде случаев сознание может сохраняться, но бывают выражены расстройства речи. Сопорозное состояние может развиваться при инфекционных поражениях мозга, в том числе менингите.

Нарушения сознания, включая коматозные состояния, возникают чаще при значительных сдвигах в системе гомеостаза, к чему приводят тяжелые поражения внутренних органов.
Обычно во всех случаях такого эндогенного отравления имеются те или другие нарушения дыхания (дыхание Чейна-Стокса, Куссмауля и др.).

Измененные состояния сознания

Имеется много веществ, изменяющих сознание. от таких обычных, как кофеин и алкоголь, самый распространенный наркотик, до сильнодействующих галлюциногенов вроде ЛСД.
Отключенное сознание нулевые затраты времени при полном отключении. Частичное
отключение различных групп нейронов (прием препаратов пропофола, ксенона, кетамина)
Все известные подходы, часто называемые теориями, не выходят за рамки предлагаемых частных гипотез по частным вопросам, даже претензии на фундаментальность не выглядят сколь-нибудь основательно, так как оказываются весьма ограниченными.

Другой путь медитации это основа большого количества терапевтических методик, таких как имажинативная психотерапия, аналитическая психология, аутогенная тренировка и другие духовные практики, способствующие изменению состояний сознания.
К измененным состояниям относят:
аффект бурная реакция на явление, кратковременная эмоция, например, испуг,
экзальтация повышенная возбудимость, необычная оживленность,
экстаз высшая степень восторга, прилива творческих позывов, воодушевления.
эйфория состояние довольства, чрезвычайного приподнятого настроения,
катарсис просветление, духовное облагораживание чувств, очищение,
сон,
гипноз, гипнотическое состояние под воздействием гипноза.

Как правило, гипноз сопровождается следующими характеристиками:
открывается доступ к информации, содержащейся в бессознательном;
человек впадает в транс;
его влечение становится невозможно контролировать;
его воображение играет очень яркими красками;
он сонлив;
он чувствует себя расслаблено;
у него начинают проявляться архаичные инстинкты;
проявляется абсорбция.

Абсорбция это способность человека находиться в особых состояниях сознания, будь то наркотическое опьянение, медитация или гипноз. В ежедневных ситуациях проявление абсорбции есть ничто иное, как повышения степени фантазирования.

Заключение

Приведенные положения и факты, изложенные с разной степенью подробности, служат для ознакомления читателя с проблематикой науки о человеке, для ориентировки тем, кто хочет попробовать свои силы в развитии этого направления. Достижения огромны, но открытия делаются не только специалистами в узких областях. Стыки наук огромный источник идей и творчества.

Показано, в каких направлениях эти науки движутся (я здесь даже не упомянул о грандиозном успешно завершенном проекте Геном человека), в какой мере развивается моделирование функциональных систем человеческого организма. Экономический успех Генома (каждый доллар, потраченный на него, вернул экономике США 140 долларов) и вдохновил американское руководство на спонсирование еще одной карты, на этот раз нейронной активности мозга.
Перечислены и названы свойства, функции, уровни, теории и методы изучения сознания. Дана их характеристика.

Показано сходство материальных структур на нанотехнологическом уровне или внешнее сходство структур нейробиологических и электронных приборов.

Глобальный подход к феномену жизни в космологическом аспекте затронут слегка, намеком.
Как писал В.В. Маяковский: Если звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно. Если Жизнь и Разум в космосе возникли..., на что они могут быть способны? Возможно сам космос со временем будет управляться ими.

Физическую боль сложно назвать чем-то приятным, однако это ощущение имеет крайне важное значение в работоспособности нашего организма. Боль является своеобразной сигнализацией, оповещающей о наличии некоего раздражителя, от которого необходимо избавиться. Причиной боли могут быть как физические повреждения тканей или органов (переломы, ушибы, порезы, удар мизинцем об комод и т.д.), так и патологические процессы в организме (инфекции, онкология, врожденные дефекты и т.д.). В любом случае боль помогает как можно раньше и точнее локализовать проблему, требующую внимания. При этом разные люди могут ощущать боль от одинакового источника по-разному, что обусловлено разным болевым порогом. Для одних людей снятия пластыря настоящая агония. А другие спокойно могут уснуть во время лечения зубного канала без анестезии. Боль крайне индивидуальна, но даже тут есть скрытая логика. Ученые из MGH (Массачусетская больница общего профиля, США) установили причину, почему люди с рыжими волосами обладают более высоким болевым порогом. Как цвет волос влияет на восприятие боли, как это связано с кожей, и как можно на практике применить полученные сведения? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

С точки зрения медицины можно выделить два основных типа боли: ноцицептивную и нейропатическую. Первый тип относится к периферическим нервным окончаниям, которые активируются болевыми стимулами в результате повреждения тканей. Второй тип является результатом повреждения или дисфункции центральной нервной системы или периферических нервов. В рассматриваемом нами сегодня труде речь идет о первом типе боли, т.е. о ноцицептивной.

Ранее было установлено, что люди (и мыши) с рыжими волосами обладают отличным от других болевым порогом, повышенной потребностью в неопиоидных анальгетиках и усиленной реакцией на опиоидные анальгетики. Факт отличий был установлен, но причина его существования так и не была определена.

Чтобы понять причину отличия болевого порога у рыжих стоит сначала обратить внимание на причину визуального отличия, т.е. на причину рыжего цвета волосяного покрова. Рыжий цвет обусловлен вариантными аллелями с потерей функции рецептора меланокортина 1 (MC1R) Gs-связанного рецептора, экспрессируемого на меланоцитах (клетках кожи, продуцирующих пигмент). Эти отличительные черты могут каким-то образом влиять и на болевой порог. Чтобы это выяснить, ученые использовали в ходе опытов мышей Mc1r^e/e, которые демонстрируют многие черты рыжих людей: рыжие волосы, синтез красного/светлого пигмента феомеланина, неспособность загорать после воздействия УФ-излучения и увеличение риска рака кожи из-за УФ воздействия.

Результаты исследования

Чтобы первоначально оценить пороги ноцицепции у мышей Mc1r^e/e и проверить роль пигмента в ноцицепции, ученые скрестили мышей Mc1r^e/e с видом-альбиносом, содержащим инактивирующую мутацию гена тирозиназы (Tyr^c/c). У этих мышей количество меланоцитов не изменено, но они не пигментированы. Полученный скрещенный вид (Mc1r^e/e + Tyr^c/c) не отличался от Tyr^c/c вида, поскольку также имел белый окрас.


Изображение 1

Сравнение мышей с разными генетическими изменениями показало, что особи Mc1r^e/e обладают значительно более высоким болевым порогом (давление и температура), чем мыши Mc1r^E/E с генетическим фоном альбиносов (1A и 1B). При этом повышенный болевой порог наблюдался у мышей Mc1r^e/e и в сравнении с Mc1r^E/E без генетичсекого фона альбиносов (1C и 1D). Из этого следует, что MC1R играет важную роль в регуляции ноцицепции, но не зависит от пигментации.

Далее ученые решили проверить, вызваны ли повышенные пороги ноцицепции у рыжеволосых мышей потерей функции MC1R в меланоцитах или в других типах клеток. Для этого было проведено сравнение трех генетически согласованных (C57BL/6J) моделей мышей, которые различаются по количеству меланоцитов.

Мыши с повышенным количеством эпидермальных меланоцитов показали значительно более низкие пороги ноцицепции (1E и 1F), в то время как мыши, лишенные меланоцитов, показали более высокие пороги ноцицепции по сравнению с мышами из контрольной группы (без каких-либо генетичсеких манипуляций; 1G и 1H). Эти данные свидетельствуют о том, что количество эпидермальных меланоцитов (независимо от функции MC1R) действительно может модулировать пороги ноцицепции.

Далее ученые скрестили рыжих мышей с мышами без меланоцитов. Анализ полученных гибридов позволял оценить функцию MC1R в немеланоцитарных клетках. На графиках 1G и 1H видно, что генетическое отсутствие меланоцитов сводит на нет способность MC1R влиять на пороги ноцицепции. Следовательно, влияние на болевой порог осуществляется MC1R именно в меланоцитах, а не в других клетках.

Одним из гипотетических модуляторов повышенного порога ноцицепции у рыжеволосых мышей является -эндорфин продукт посттрансляционного расщепления проопиомеланокортина (ПОМК), который экспрессируется в меланоцитах. ПОМК индуцируется аденозин 3', 5'-циклическим монофосфатом (ациклический АМР или цАМР) в других типах клеток. Следовательно, низкие уровни цАМР в мутантных меланоцитах MC1R может повлиять на экспрессию ПОМК.

У рыжих мышей уровень -эндорфина в плазме был значительно ниже, чем у черных мышей (1I). Однако это еще не означает, что изменения -эндорфина влияют на болевой порог, поскольку направление изменения противоположно фенотипическому изменению, поскольку передача сигналов опиоидов способствует, а не уменьшает анальгезию (уменьшение болевой чувствительности). Более того, уровни -эндорфина в плазме также были обратно пропорциональны порогам ноцицепции у мышей K14-SCF (более высокие числа меланоцитов и более низкие пороги ноцицепции) и мышей Mitf^mi-wh/mi-wh (отсутствие меланоцитов и более высокие пороги ноцицепции).

Из этих данных следует, что количество и функции меланоцитов обратно коррелируют с порогами ноцицепции, несмотря на то, что они напрямую связаны с уровнями -эндорфина.

Для оценки роли меланоцитов в модуляции экспрессии ПОМК относительно MC1R были произведены два дополнительных изменения в меланоцитах мышей: подавление мРНК Mc1r (1J) и стимуляция MC1R с помощью -MSH, т.е. -меланоцит-стимулирующего гормона (1K). В первом случае наблюдалось снижение продукции мРНК ПОМК, а во втором, наоборот, увеличение.

Экспрессия ПОМК не показала статистически значимого снижения в надпочечниках и гипофизе мышей Mc1r^e/e. Это позволяет предположить, что изменения уровня ПОМК в плазме связаны с уменьшением продукции меланоцитов ПОМК, вызванным потерей функции MC1R.

Далее необходимо было установить, является ли повышенный болевой порог результатом адаптации к низкому уровню -эндорфина. Для этого использовалось два типа мышей: у одного была гомозиготная мутация ПОМК, которая экспрессирует все пептиды меланокортина, но не имеет концевой последовательности -эндорфина (нокаут -эндорфин), а у второго типа был дефицит гена рецептора -эндорфина, т.е. -опиоидного рецептора (Oprm1^/).


Изображение 2

Анализ не показал каких-либо значимых эффектов нокаута -эндорфина на болевые пороги у черных и рыжих мышей (2A и 2B). Делеция (потеря участка хромосомы) Oprm1 не влияла на пороги ноцицепции у черных мышей, но устраняла повышенные болевые пороги у рыжих (2C и 2D).

Подобный эффект имели и налоксон (антагонист* широкого опиоидного рецептора), и ципродим (антагонист, специфичный для -опиоидного рецептора). Они оба снижали болевые пороги у рыжих мышей до уровня порогов черных мышей (2E и 2F).

Антагонист* лиганд, который блокирует, снижает или предотвращает физиологические эффекты, вызываемые связыванием агониста с рецептором.

Агонист* лиганд, который при взаимодействии с рецептором изменяет его состояние, приводя к биологическому отклику.

Эти данные предполагают, что повышенные пороги ноцицепции у рыжих мышей зависят от -эндорфин-независимой передачи сигналов опиоидных рецепторов.

Из вышеописанных результатов следует вывод, что более высокая передача сигналов -опиоидных рецепторов в присутствии низких уровней -эндорфина в плазме может быть объяснена усилением регуляции другого эндогенного опиоида, адаптацией -опиоидного рецептора или сокращением пути, который препятствует передаче опиоидных сигналов.


Изображение 3

Прямые измерения циркулирующих опиоидных лигандов динорфина, энкефалина и эндоморфина не выявили существенных различий между рыжими и черными мышами (3A-3C). Учитывая ранее опубликованные данные о различиях между рыжими и черными мышами в их реакции на пентазоцин (агонист -опиоидных рецепторов), было решено продолжить изучение агониста -рецепторов динорфина.

Для этого штамм мышей с нокаутом динорфина был скрещен с рыжими и черными мышами. Однако измеримых эффектов на пороги ноцицепции у рыжих или черных мышей при этом не наблюдалось (3D и 3E). Это означает, что повышение уровня эндогенного (внутреннего) опиоида вряд ли может быть причиной повышения порога ноцицепции.

После проведения фармакологических манипуляций с меланокортином, которые привели к снижению некоторых эффектов морфина, ученые решили исследовать уровни -MSH (агониста меланокортина) в плазме. MSH кодируется в ПОМК, как и -эндорфин.

Учитывая общее происхождение -MSH и -эндорфина, было неудивительно, что уровни первого варьировались у мышей с разной пигментацией. У мышей с большим количеством меланоцитов (черные мыши) уровень -MSH был достаточно высок (4A). А у мышей меньшим количеством меланоцитов (рыжие мыши) уровень был значительно ниже.


Изображение 4

Таким образом, уровень -MSH в плазме мышей менялся в соответствии с болевым порогом, который он моделирует (гипотетически), чего нельзя сказать про -эндорфин.

Чтобы функционально оценить, может ли пропорционально низкий уровень -MSH способствовать повышенным порогам ноцицепции для рыжих мышей, было выполнено фармакологическое исследование. Меланотан II (пептидный имитатор -MSH) снижал пороги ноцицепции дозозависимым образом у самцов рыжих, но не у черных мышей (4B).

Эти результаты подтверждают, что потеря функции передачи сигналов MC1R приводит к увеличению пороговых значений ноцицепции из-за дефицита меланокортина.

Дополнительно был исследован еще один рецептор меланокортина MC4R, поскольку его ингибирование имеет прямое отношение к фармакологическому обезболиванию и нейропатической боли.

Сначала был проверен пептид SHU 9119, противодействующий MC4R и MC3R. SHU 9119 вызывал уменьшение болевой чувствительности (т.е. увеличение болевого порога) при введении самцам черных мышей (4C). Из этого можно сделать вывод, что обезболивающие эффекты SHU 9119 не зависят от Mc1r и, вероятно, связаны с эффектами лиганда на MC4R или MC3R.

Мыши, которые были лишены MC4R, демонстрировали повышенные пороги ноцицепции (4D и 4E). Отсутствие MC4R у черных мышей также привело к повышению чувствительности к опиоидному антагонизму (4F), что наблюдается у рыжих мышей. Значит, порог ноцицепции может определяться балансом между OPRM1 и сигналами MC4R. Фармакологическое замедление OPRM1 привело к восстановлению порогов ноцицепции как у черных, так и у рыжих мышей (4G). При этом применение агониста меланокортина снижало повышенные пороги ноцицепции у рыжих мышей (4B), но никак не влияло на мышей без MC4R (4H). Это наталкивает на мысль, что именно MC4R является ключевым рецептором меланокортина, на который MSH действует как лиганд для снижения порога ноцицепции.

На следующем этапе ученые решили выяснить, периферическая или центральная нервная система больше задействованы в процессе модуляции ноцицепции. Ноцицептивная разница, наблюдаемая между черными и рыжими мышами, уменьшилась после периферического (внутрибрюшинного) введения налтрексона (5А) антагониста опиоидных рецепторов, который способен преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ).

Гематоэнцефалический барьер* (ГЭБ) физиологический гистогематический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой.

Изображение 5

Однако периферическое введение метилированного налтрексона, непроницаемого для ГЭБ опиоидного антагониста, не уменьшило ноцицептивных различий между черными и рыжими мышами (5В), что свидетельствует о минимальном периферическом влиянии.

Это предполагает, что относительное усиление передачи сигналов опиоидов у рыжих мышей происходит центрально, а не периферически.

Ранее сообщалось, что передача сигналов цАМР играет важную роль в модуляции опиоидного снижения боли. Посему было решено измерить влияние антагонизма на содержание цАМР в первичных нейронах гипоталамуса крыс (RPHN от rat primary hypothalamic neurons). Было обнаружено, что агонист меланокортина увеличивал содержание цАМР, но опиоидный агонист морфин значительно уменьшал вызванное меланокортином повышение цАМР (5C). Следовательно, передача сигналов меланокортином и опиоидами может противодействовать друг другу.

Анализ также показал возможное наличие нейронов в периакведуктальной серой зоне (PAG от periaqueductal gray area), экспрессирующих оба типа рецепторов. Сравнение уровней мРНК опиоидных рецепторов в PAG у разных мышей не показо особых отличий.

Исследование роли PAG в модулировании ноцицепции показало, что местный антагонизм опиоидных рецепторов или агонизм рецепторов меланокортина значительно снижают болевые пороги (5D).

Совокупность всех вышеописанных данных позволяет подытожить: повышенные болевые пороги у рыжих мышей возникают из-за снижения уровней -MSH, вызванного снижением продукции проопиомеланокортина (ПОМК) в меланоцитах, что приводит к снижению передачи сигналов MC4R.

Снижение передачи сигналов MC4R, в свою очередь, снижает его антагонизм по отношению к передаче сигналов опиоидов в ЦНС, которая, несмотря на снижение продукции -эндорфина, не обнаруживает заметных различий в других эндогенных опиоидных лигандах. В совокупности это вызывает дефицит меланокортина, что изменяет баланс в пользу анальгезии (обезболивания), индуцированной -опиоидными рецепторами (5E).

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Да, легким этот труд не назовешь, но когда дело доходит до изучения работы нервной системы, другого и не стоит ожидать. В данном исследовании ученые пытались разобраться, почему рыжие мыши менее чувствительны к боли, чем черные или белые. Другими словами, почему у них повышенный болевой порог (порог ноцицепции).

В ходе многочисленных опытов удалось выяснить, что у рыжих мышей функции рецептора меланокортина снижены. Это приводит к тому, что клетки кожи, производящие пигмент, выделяют меньше проопиомеланокортина (ПОМК). В свою очередь, молекулы ПОМК расщепляются на гормоны, участвующие в восприятии или блокировке болевых ощущений. Наличие этих гормонов поддерживает равновесие между опиоидными рецепторами и рецепторами меланокортина, которые подавляют и усиливают боль соответственно.

У рыжих мышей уровень обоих гормонов очень низок. Логично, что их действие должно быть минимально. Однако, помимо этих конкретных гормонов существует ряд дополнительных элементов, которые влияют на восприятие/подавление боли. К ним относятся те, что связаны с меланоцитами, которые активируют опиоидные рецепторы, участвующие в блокировании боли. В результате более низкие уровни гормонов приводят к повышению болевого порога за счет усиления опиоидных сигналов.

Естественно, главным применением новообретенных знаний является медицина и фармакология. Понимая индивидуальную природу боли и ее ощущения у разных пациентов, можно более точно применять обезболивающие. Что касается лекарств, то знания о том, какие именно механизмы участвуют в восприятии/блокировки боли, можно разработать препараты, ингибирующие (подавляющие) рецепторы меланокортина, тем самым повышая болевой порог.

Боль играет крайне важную роль в диагностике травм и заболеваний, однако это не означает, что ее нужно терпеть длительное время. Конечно, полностью лишать человека способности ощущать боль было бы крайне неразумно, но иметь в своем распоряжении инструменты, позволяющие ее контролировать, могли бы значительно облегчить жизнь не только медработникам, но и миллионам пациентов во всем мире.


Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Одним из самых важных органов чувств считаются глаза. Благодаря им мы получаем львиную долю информации об окружающем мире. Когда мы рассматриваем что-то, наш взор не фиксированный, т.е. наши глаза совершают множество мелких движений, именуемых саккадами. Из-за этих движений смещается сетчатка, что в свою очередь снижает четкость изображения (вспомните не самые удачные фильмы в стиле мокьюментари). Чтобы компенсировать этот эффект, зрительная система снижает свою чувствительность к смещению зрительных стимулов во время саккад. Однако до сего времени механизмы, лежащие в основе этого тонкого процесса, оставались не изучены. Посему ученые из университета Тохоку (Япония) решили провести ряд практических опытов и моделирований. Что показали эксперименты, какие секреты таит в себе гашение саккадического смещения, и почему так важны визуальные стимулы до и после саккад? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Глаза человека, как мы знаем, не самые лучшие в сравнении с другими животными на нашей планете. Однако их нам вполне хватает, чтобы получать информацию об окружающем мире.

Важнейшей частью зрительной системы, помимо центральной нервной системы, является сетчатка глаза. В ней содержатся фоторецепторы, которые воспринимают электромагнитное излучение видимого спектра и преобразуют его в нервные импульсы. Последние поступают в мозг, где и формируется картинка, которую увидели глаза.


Глаза человека являются одним из важнейших органов для диагностики множества заболеваний, которые могут быть даже не связаны со зрительной системой.

Чего не хватает сетчатке, так это однородности: большая часть зрительного поля связана с периферическим зрением и лишь небольшая центральная часть отвечает за основное (сфокусированное) зрение. Разница между этими областями очевидна: периферическое зрение имеет меньшее пространственное разрешение, чем центральное. Следовательно, чтобы эффективно собирать визуальную информацию, глаза должны двигаться.

Эти движения, как уже говорилось ранее, называют саккадами и совершаются глазом несколько раз в секунду. За счет саккад мы меняем точку фиксации нашего взгляда, за счет его осуществляется рассматривание объекта интереса, т.е. сбор визуальной информации.

Саккады работают во всех направлениях (вверх-вниз, влево-вправо), однако наибольшее число движений происходит в горизонтальной плоскости. А диапазон саккад варьируется от 2 до 15.


Саккады во время поворота глаза.

Совокупность малого центрального поля зрения и саккад приводит к появлению определенных проблем. Во-первых, изображение сетчатки становится размытым во время саккады, и это может ухудшить зрительное восприятие. Во-вторых, по всей саккаде положение объекта на сетчатке меняется. Это приводит к значительному изменению изображения на сетчатке, что в свою очередь приводит к осложнениям во время расшифровки мозгом изображений до и после саккады.

Ученые напоминают нам, что визуальная чувствительность глаз уменьшается во время саккад, если происходят определенные изменения с объектом рассмотрения (изменение освещения, смещение объекта, постоянное движение объекта, изменение цвета и тд). Это явление называется саккадическим подавлением или саккадическим упущением путем прямой и/или обратной маскировки.

Саккадическое подавление может препятствовать нормальному восприятию размытого изображения сетчатки, размытость которого вызвана именно саккадой.

Вторую проблему, связанную со смещением проекций объектов на сетчатку, труднее решить, поэтому возникает проблема интеграции изображений сетчатки до и после саккады. Существует теория, что удаления изображения во время саккад, т.е. останутся только изображения до и после, может способствовать стабилизации визуальной информации. Однако это не так, поскольку отличия в изображениях до и после все равно остаются.

Потому ученые и предполагают, что механизм оценки саккад-индуцированного сдвига в изображении на сетчатке основан на копии эфферентной* моторной команды движения глаза для компенсации сдвигов изображения.

Эфферентные* (двигательные) нейроны передают импульс ЦНС рабочим органам.

После перенастройки местоположения стимула в пространстве механизм может интегрировать изображения сетчатки до и после саккад. Тем не менее, поскольку фактическая амплитуда саккады и амплитуда саккады, предсказанная на основе эфферентной копии, не всегда одинаковы, объект может восприниматься как смещенный во время саккады даже без физического смещения, если визуальная система полностью доверяет копии.

Решение этой проблемы заключается в том, что зрительная система намеренно не фиксирует небольшие смещения объекта во время саккады, даже если их легко обнаружить во время фиксированного рассмотрения. Этот феномен называют саккадным подавлением смещения (SSD от saccadic suppression of displacement).

Наличие определенного количества допуска (допустимой неточности, погрешности или ошибки) к смещению объекта через саккады может быть простым способом достижения эффективной стабильности визуального восприятия.

Еще одним важным элементом в исследовании визуальной стабильности является эффект гашения (blanking effect).

Эффект гашения это явление, при котором эффективность обнаружения смещения объекта во время саккады улучшается за счет вставки временного пробела (50300 мс) во время саккады и до того, как объект вновь появляется в новой позиции. Это явление предполагает, что сигналы о смещении объекта действительно доступны после саккады, но не могут использоваться для обнаружения смещения, когда объект саккады присутствует в ее конце, т.е. без пост-саккадического пробела. Смещение, однако, может быть воспринято, когда подавление устраняется путем вставки пост-саккадического пробела.

Эффект гашения поддерживает предположение о том, что SSD является активным процессом, позволяющим избежать любого ошибочного восприятия смещения, вызванного неточными саккадами и/или неточными копиями эфферентных команд саккады, поскольку оно демонстрирует, что имеется достаточно информации для обнаружения смещения после саккад.

В ранее проведенных исследованиях было установлено, что магноцеллюлярный зрительный путь (М-путь), который реагирует на стимулирующее движение, избирательно подавляется во время саккад, как и низкоуровневые движения. Гашение или удаление объекта сразу после саккады активирует механизм, который подавляет М-путь во время саккады.

Также считается, что важную роль в механизме саккад играет контрастность объекта рассмотрения. Чтобы проверить это, ученые провели анализ влияния контраста до- и после-саккадического обэекта на обнаружение смещения.

Поскольку время демонстрации объекта и его положение до саккады было одинаковым как в обычных условиях, так и при использовании эффекта гашения, любое различие в обнаружении должно быть связано с объектом после саккады.

Было установлено, что обнаружение смещения было лучше, если объект до саккады имел более высокую контрастность. А вот увеличение контрастности объекта после саккады приводило к ухудшению восприятия в обычных условиях, но не в случае применения эффекта гашения.

Подобные наблюдения говорят о том, что более сильный сигнал от объекта после саккады активирует механизм обнаружения смещения объекта.

Подготовка к опытам

Однако этот анализ является лишь частичным объяснением того, как работают саккады и сопряженные с ними механизмы восприятия визуальной информации. Для более точного изучения были проведены практические опыты с добровольцами. После чего также была создана модель, которая объясняет что и как работает.

Участниками наблюдений стали 8 мужчин и 2 женщины в возрасте от 21 до 24 лет с нормальным зрением. Каждый из участников размещал голову на специальной подставке (как в кабинете офтальмолога) на расстоянии 45 см от объекта, демонстрируемого на ЭЛП-экране (Sony GDM-F520, 21, 100 Гц).

Положение глаз измерялось с помощью устройства слежения за лимбом*, состоящего из инфракрасного диода и двух фотодиодов.

Лимб роговицы* место соединения роговицы и склеры, т.е. край роговицы.

Положение глаз и скорость их движения оценивались в реальном времени посредством алгоритма разности трех точек, в котором скорость в момент времени n рассчитывалась исходя из положения глаза в момент времени n^-1 и момент времени n⁺¹.

Начало саккады определялось как момент, когда скорость глаза превышала 30 /с. Обнаружение начала саккады всегда задерживалось на 1 кадр (10 мс) из-за метода расчета скорости.


Условия опытов: А опыты без применения временных пробелов; В опыты с временными пробелами (эффект гашения).

Одна из основных сложностей подобных экспериментов, как заявляют сами ученые, заключается в правильном тайминге всех этапов. Существует вероятность, что участник опыта может увидеть исчезновения предсаккадного объекта только по завершению саккады. А это может привести к искусственному улучшению восприятия смещения. Потому был проведен точный расчет времени смещения саккады и времени демонстрации объекта.

Расчеты показали, что исчезновение предсаккадического объекта происходит примерно за 32 мс до самой саккады. Лишь в 0.7% опытов объект исчезал после саккады. Также в дальнейшем моделировании не учитывались результаты опытов, где саккада была короче 120 мс или дольше 400 мс. Суммируя все уточнения и исключения, было забраковано лишь 6% результатов опытов.

Также необходимо было провести калибровку перед каждым опытом. В начале калибровки пять одинаково разделенных точек были представлены последовательно вдоль горизонтальной линии, тогда как центральная точка была всегда расположена в центре дисплея. Участникам необходимо было фиксироваться на каждой точке по очереди и нажимать кнопку, когда каждая фиксация была завершена. Если коэффициент регрессии* был меньше 0.9, процедуру калибровки повторяли до тех пор, пока критерий не был удовлетворен.

Коэффициент регрессии* показывает силу и характер влияния независимых переменных (в данном случае 5 точек) на зависимую.

В качестве объектов (точка фиксации взгляда, объект до и после саккады), за которыми должны были наблюдать участники опытов, выступали диски диаметром 0.88. Фоновая яркость была постоянной и составляла 21.4 кд/м² (кандел на метр квадратный). Перед проведением опытов также был измерен контраст. В данном случае это был контраст Вебера, который является отношением объекта к фону, и поэтому в некоторых случаях контраст превышал 100%. Чтобы учесть разницу в чувствительности между центральным и периферическим зрением, контрасты стимула определялись факторами порогового контраста.

Контраст до-саккадического объекта в 3, 4.3, 6.1, 8.8, 12.6 или 18 раз превышал порог контраста при периферическом зрении, а у пост-саккадического в 3, 4.3, 6.1, 8.8, 12.6 или 18 раз превышал порог контрастности при центральном зрении.

Результаты опытов и моделирования

Первым делом стоит определить, каково же влияние контраста на обнаружение смещения.

Сначала участникам опытов необходимо было выполнить саккаду вправо под углом 17.8 от точки фиксации взгляда до объекта (диска). Как только начиналась саккада, объект в первоначальной позиции исчезал и появлялся на 0.33 вправо или влево сразу (без временно пробела) или с задержкой в 100 мс (эффект гашения). Основная задача участников сказать куда сместился объект (влево или вправо). Значение контраста объекта до и после сакадды варьировалось в ходе опытов.


Изображение 1: влияние контраста до и после саккады на точность обнаружения смещения при обычных условиях (без эффект гашения).

Точность обнаружения смещения объекта через саккаду выражалась как d в каждом контрастном состоянии. Значения d в условиях отсутствия/наличия временных пробелов показаны на изображениях 1 и 2 соответственно.


Изображение 2: влияние контраста до и после саккады на точность обнаружения смещения при использовании временного пробела (эффект гашения).

В состоянии без временного пробела точность обнаружения смещения значительно снизилась с постсаккадическим контрастом (1C), а с досаккадическим контрастом наоборот улучшилась (1А).

В режиме с временным пробелом точность обнаружения смещения улучшалась при контрасте до саккады (2А), но никак не менялась от контраста после саккады (2С).

Факт того, что повышение контраста до саккады улучшает обнаружение смещения объекта, полностью согласуется с классическим представлением о работе глаз человека: чем сильнее первичный стимул, тем лучше будет его дальнейшее обнаружение. А вот снижение точности глаз из-за повышения контраста объекта после саккады подразумевает, что постсаккадический стимул усиливает SSD (саккадное подавление смещения).

Для лучшего понимания связи между SSD и контрастности ученые провели моделирование.

Информация от сетчатки передается в зрительную кору по двум основным функционально отличным путям: магноцеллюлярный путь (M-путь) и парвоцеллюлярный путь (P-путь). Психофизические исследования показали, что M-путь сильно подавлен во время саккад.

Получается, что информация о яркости объекта, представленного сразу после саккады, сильно влияет на эффективность обнаружения смещения, как если бы подавление M-пути было еще больше усилено увеличением контрастности.

Если М-путь подавлен во время саккад, то Р-путь должен быть доминантным сразу после саккад. Это значит, что постсаккадическая информация от сетчатки обрабатывается главным образом через P-путь. Снижение точности с увеличением постсаккадического контраста наталкивает на мысль, что активность P-пути подавляет обнаружение смещения.

Чтобы проверить эту теорию, ученые создали модель, основанную на предположении, что P-путь доминирует сразу после саккады.

Если предположить, что существует только два визуальных пути от сетчатки до коры (игнорируя все остальные), одна из самых простых моделей будет состоять в том, что сигналы M-пути подавляются сигналами из P-пути или визуальных областей более высокого уровня, которые получают входной сигнал от P-пути.

Отклик каждого пути на контраст был выражен функцией, которая также используется для моделирования контрастного ответа ЛКТ* клеток М- и Р-типа и для сравнения с психофизическими результатами опытов.

ЛКТ* (латеральное коленчатое тело) структурная часть мозга, расположенная на нижней латеральной стороне подушки таламуса.

Для оценки выходного сигнала обнаружения смещения была использована модель Рейхардта, с помощью которой была рассчитана корреляция между пред- и постсаккадическими сигналами, косвенно связанными с M-путем.


Модель Рейхардта для оценки обнаружения смещения объекта.

Если утрировано, то в данной модели от значения отклика Р-пути зависела сила выходного сигнала всей модели (чем выше отклик Р-пути, тем ниже отклик всей модели).

Следующая формула вычисляет выходные данные модели, используемой для выражения влияния контраста до и после саккады на точность обнаружения смещения:



k _pre нормализованный контраст объекта до саккады;
k_post нормализованный контраст объекта после саккады;
параметры и контраст полунасыщения и сила зависимости от контраста;
R коэффициент, используемый для преобразования отклика в точность обнаружения смещения;
n₀ константная нелинейная функция, моделирующая нейронные контрастные характеристики, которая контролирует уровень шума;
m и p M-путь и P-путь;
S вклад отклика P-пути, который влияет на обнаружение смещения;
S_Blank вклад отклика P-пути в случае использование эффекта гашения (т.е. временного пробела).


Таблица 1: подогнанные параметры модели. Числа показывают параметры, полученные путем подгонки предлагаемой модели к данным точности обнаружения смещения, усредненным по всем участникам опытов.


Изображение 3: результаты моделирования.

Согласно таблице 1, функция P-пути имеет более низкий контрастный отклик и меньший контраст полунасыщения, чем функция M-пути, что соответствует разнице в (_p в 2.4 раза больше, чем _m). Это согласуется с разницей между характеристиками контрастного отклика ЛКТ клеток P- и M-типа, о которых сообщалось в ранее проведенных исследованиях: контраст полунасыщения ЛКТ клеток P-типа приблизительно в 5 раз больше, чем у клеток M-типа.

Результаты моделирования полностью согласуются с гипотезой о разном влиянии двух путей на обнаружение смещения. Таким образом, Р-путь вносит положительный вклад в саккадное подавление смещения, а М-путь способствует обнаружению смещения объекта.

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В данном труде ученые установили, что именно информация от сетчатки, полученная сразу после саккады, активирует механизм обнаружений смещения. Это означает, что пост-саккадическая информация сетчатки является важным фактором в отношении зрительной стабильности.

Ученые отмечают, что существует две основные теории, описывающие стабилизацию зрения. В первой теории зрительная система преобразует информацию о положении пре-саккадической цели в пост-саккадические координаты. За счет переназначения позиции до и после может быть выполнено сравнение позиций в пространстве, таким образом компенсируя смещения сетчатки, вызванные саккадой. Одной из основных тонкостей этой теории является гипотеза, что смещения сетчатки, вызванные саккадами, могут быть прерваны.

Вторая теория предполагает, что для зрительной системы мир стабилен, если не предоставлено существенных противоречивых доказательств, таких как повторное появление цели при условии отсутствия эффекта гашения (без внедрения временного пробела).

Авторы рассмотренного нами сегодня труда считают, что обе теории имеют право на существование. Даже больше, они не взаимоисключают друг друга, как показали результаты опытов и моделирования.

Опыты и моделирование также показали, что каждый из нейронных путей, затронутых в исследовании, играет свою роль в составлении визуальной картины того, что мы видим. М-путь отвечает за обнаружение смещения объекта, а Р-путь подавляет ошибочную информацию, вызванную саккадами. Таким образом, эффект SSD (саккадное подавление смещения) вступает в силу, когда сигнал Р-пути подавляет сигнал М-пути сразу после саккады. В противном случае информация содержала бы неточности (утрировано говоря, представьте себе ситуацию, когда человек двигается во время фотосъемки).

Зрительная система не только крайне важна для человека, поскольку позволяет получать большую часть информации об окружающем мире, но и крайне сложна. Наши глаза постоянно получают новую информацию. Даже если мы будем смотреть на один и тот же объект, наша сетчатка продолжает двигаться (саккады), собирая данные об объекте. И за счет того, что одни подсистемы собирают данные, а другие отфильтровывают ненужные и ложные, мы видим мир таким, каков он есть.

В дальнейшем авторы исследования намерены продолжить свою работу, поскольку предстоит еще очень во многом разобраться, прежде чем заявлять о том, что мы на 100% знаем, как работает зрительная система человека.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?