Если обозначить импульсы единицей, а их отсутствие нулем, то мощность мозга будет равна 2 500 000 х 300 bits в секунду, что соответствует, с учетом разного рода потерь, почти 100 МВ.
Задача мозга состоит в том, чтобы этот поток входящей мощности перевести в поток исходящий, мощностью до 60 МВ в секунду. Этот сигнал поступает к мускулам, железам, органам, выполняющим важные функции жизнедеятельности. И это происходит почти мгновенно.
Нейропсихолог из Лейпцига А. Фридеричи с целью установления быстроты реакции структур мозга на звук, на примере восприятия голосовых команд, различает три определяющие фазы процесса восприятия и понимания речи. В первые 200 милисекунд мозг анализирует грамматическую структуру предложения. Для этого ему не требуется много времени, так как подобная, тысячи раз повторенная информация, сохранена в Hardware мозга. Скорость определения внутреннего лексикона намного медленнее – только во второй фазе, длящейся еще 200–400 милисекунд, мозг анализирует значение слов. В третьей фазе – в следующие 600 милисекунд – мозг соотносит построение предложения и значение слов между собой. Если система обнаруживает ошибку, весь процесс повторяется сначала.
Разобраться в реакциях мозга на внешнее раздражение помогает типичный эксперимент, когда, например, животному через органы чувств передается возбуждение и замеряется ответ соответствующих нейронов. Однако нервные клетки активны уже изначально, даже без внешних раздражений, в том числе, и во сне. Такой непрерывный поток внутренних сигналов постоянно меняет состояние мозга. Поэтому входящие сигналы попадают не на стабильную, а на непрерывно меняющую свое состояние как во времени, так и по характеристикам, систему. Такие состояния, как настороженность, внимательность и даже жизненный опыт, модифицируют поведение нервных клеток. Следовательно, ответным поведением на уже известный сигнал может быть подобное или же совсем иное. Для того чтобы максимально уменьшить влияние этих факторов, ученые концентрируются на тех участках мозга, активность которых во время проведения опытов непосредственно реагирует на раздражение, и обставляют эксперимент таким образом, чтобы нервная система была как можно менее подвержена изменениям, максимально изолируя её от накладывающихся помех.
Разговор мозга с самим собой
При прохождении сигнала-раздражения вдоль нервных клеточных соединений возникает электрический сигнал, несущий так называемый «потенциал активности» – стереотипный импульс напряжения под названием «Spike», что представляет собой своеобразный нейронный код. Сложность его разгадки и понимания заключается в том, что физические свойства потенциала активности не позволяют раскрыть природу раздражений, которые они вызывают.
Мы очень мало задумываемся об основах познавательных и воспринимающих процессов мозга, которые привносят в наше ощущение мира, например, пение птиц или запах цветов. Соприкосновение, звуковые волны, электромагнитные колебания, молекулы душистых или ароматизированных субстанций поступают к нам через органы чувств и распространяются по всему телу, переходя в нервные сигналы, несущие различные потенциалы электрической активности. Процесс превращения поступающей через рецепторы информации в нервные сигналы ученые называют кодированием. Этот поток сигналов спрессовывается в мозге таким образом, что электромагнитные волны в нашем восприятии превращаются, например, в голубой цветок. Однако то, что мы представляем себе голубым цветком, обладает неизмеримо большим количеством особенностей, чем мы предполагаем. У нас еще отсутствуют соответствующие рецепторы, или мы их еще не определили, чтобы ощутить многие другие физиологические возбуждения и раздражители. К этому следует добавить, что при кодировании некоторые детали не могут быть включены в шифр, а другие пропадают при транспортировке информации. Тем не менее, мозг в состоянии из поступающей информации конструировать пригодную для нашего бытия картину окружающей жизни и определять соответствующее поведение человека в осознанном им мире.
Слушаем ли мы музыку, вдыхаем ли запах роз, смотрим телевизор или поглаживаем кошку – потенциалы активности, которые при этом возникают в нейронах, выглядят одинаково. Как все слова нашего языка состоят из одних и тех же букв, точно так же и «Spike» можно рассматривать как базисный элемент нейронного языка. Постоянные формы «Spike» вызываются различными стимуляторами, например, звуковыми или слуховыми, которые в полушариях мозга комбинируются друг с другом. Поэтому предполагается, что все мысли и представления, как бы они не были абстрактны, основаны на «Spike», комбинации которого образуют нейронный код. Откуда «знает» нейрон, что пришедший к нему сигнал с информацией представляет запах, но не звук? Ответ на этот вопрос лежит в способе раздражения и последующем кодировании, происходящем на нейронном пути, который от рецептора органа чувств через множество промежуточных ступеней ведет к этому целевому нейрону.
Итак, нейроны могут воспринимать различные аспекты раздражений через свои потенциалы активности, то есть получать информацию от различных раздражителей. Тогда возникает вопрос: какие именно из этих раздражений важны? Можно себе представить, что не просто количество «Spike», но и ритм их поступления также несет в себе информацию. Для этого необходимо знать, как много различных показателей раздражения может выявлять нейрон, каким калейдоскопом познавательных раздражений он обладает.
Эксперименты, проведенные с виртуозной находчивостью, показали наличие постепенной передачи информации от одной области нейронов к соседней, и такой переход можно, несмотря на всю сложность поступающего сигнала, детально раскодировать на составляющие (например, на зрительных областях мозга). В процессе эволюции природа отобрала из множества кодировок только наиболее эффективные, без которых невозможно представить себе пребывание в окружающем мире. Очевидно, целью переработки информации в мозге является не передача как можно большего ее количества – намного важнее способность сократить уже накопленную или полученную информацию до оптимального уровня, чтобы наиболее рационально использовать ее для принятия правильного решения.
Согласно теории уже упоминаемого греческого врача Галена, считалось, что полушария мозга разделены на 37 различных областей, независимых друг от друга, ответственных за проявление различных функций и характеристик нашего организма. Сегодня же известно, что ни один процесс, протекающий в мозге, не может рассматриваться изолированно. Наоборот, каждый информационный импульс, каждое мгновение мышления и самая краткая мысль проходят через сложную сеть, в каждой области которой действуют законы физики, химии, термодинамики, управляющие биохимическими, нейрологическими и психическими процессами. В основе этих сложных процессов лежит изложенный выше перенос информации, который реализуется на уровне нервных клеточных окончаний между синапсами и дентритами. Между ними, как между полюсами магнитов, устремляются потоки информации в виде ее носителей – трансмиттеров, которые захватываются различными рецепторами соседних синапсов и дендритов, образуя лавинообразные цепи, циркулирующие в думающем центре – головном мозге.
Такие циркулирующие цепи возбуждения или передачи информации связаны, с одной стороны, с органами чувств, с другой стороны, с думающим центром, в котором находятся аналитический отдел, отдел памяти, принятия решений, обучения и другие, которые через центральную нервную систему связаны с соответствующими мускулами двигательного аппарата, железами и органами, обеспечивающими жизнедеятельность нашего организма.
В мозге существует не только связь между клетками и областями, он как бы омывается жидкостью – cerebrospinale (CSF), проистекающей из «источника», называемого Plexus choroidei, расположенного в центре мозга и составляющего пятую часть его объема. Жидкость прокачивается через мозг, пульсируя в его сосудах с частотой до 14-ти раз в минуту. Этот поток в мозге имеет много функций: служит амортизатором, выравнивая сотрясения, является своеобразным очистным средством, доставляя «продукты питания» и, наконец, информацию.
