Информационные процессы в нервной системе

Нейрон как устройство переработки информации. Нейрон как пороговый сумматор. Синаптическая эффективность. Модулирующие и детонирующие входы нейрона. Кодирование информации нейроном паттерном разрядов. Управляющие (неспецифические) и специфические входы нейрона.

Тема 4. Структурно-функциональная организация цнс.

Общий план строения ЦНС человека. Основные отделы ЦНС человека. Структурно-функциональная организация ствола и среднего мозга. Структурно-функциональная организация неокортекса. Концепция К.Прибрама. Модель структрно-функциональной организации мозга А.Р.Лурия. Взаимосвязь структурно-функциональной организации ЦНС с психическими процессами. Центрэнцефалические представления. Учение о динамической локализации функций.

Тема 5. Теория нейронных ансамблей мозга.

Общие положения теории нейронных ансамблей мозга Д.Хэбба. Хэббовский синапс. Понятие нейронного ансамбля и ансамблевый принцип кодирования информации в нейронных сетях мозга. Морфологические доказательства существования нейронных ансамблей. Электрофизиологические доказательства существования нейронных ансамблей.

Тема 6. Биоэлектрические процессы в нервной системе.

Внеклеточные электрические потенциалы в ЦНС. Свойства среды мозга как объемного проводника. Электрическое поле нейрона. Нейрон как электрический диполь. Суммация электрических полей нейронов в анизотропной среде. Пространственная и временная суммация электрических полей нейронов.

Тема 7. Природа суммарной электрической активности мозга.

Теории формирования суммарной электрической активности мозга. Механизмы синхронизации активности нейронов. Роль неспецифических систем мозга в механизмах генерации суммарной электрической активности мозга. Фокальные и суммарные электрические потенциалы: амплитудные и частотные характеристики. Общие представления о спонтанной и вызванной электрической активности мозга.

Тесты рубежного контроля

Темы 1-2. Структурно-функциональная организаций нейрона и электрические процессы в нервной клетке.

1. Впервые электрическая активность мозга животного была зарегистрирована 1875 году с поверхности коры животного

2. Различающиеся по частоте волны в кортикограмме животных впервые были выделены и описаны

3. Первая в мире неинвазивная регистрация электроэнцефалограммы с поверхности головы человека была осуществлена в 1925 году

4. Основные частотные компоненты и их обозначения с использованием букв греческого алфавита были введены и описаны

5. В настоящее время в диапазоне от 0,5 до 30 Гц выделяют

4 частотных диапазона

От 4 до 12 частотных диапазонов

Свыше 20 частотных диапазонов

6. Считается, что этап созревания электрической активности мозга ребенка заканчивается, и она приобретает черты взрослого человека

7. Возрастные изменения ЭЭГ, связанные с деструктивными морфофункциональными перестройками в ЦНС, начинаются после

8. Мелкий, короткий, сильно ветвящийся отросток нейрона называется

9. Длинный, ветвящийся преимущественно в конце, отросток нейрона называется

10. Нервная ткань включает

Сплетение трубочек (по типу сосудистой системы)

Единый синцитий (одну разросшуюся клетку)

Систему обособленных клеток

12. В функциональном плане в нейроне системой, воспринимающей входные сигналы, являются

13. Системой, комбинирующей и интегрирующей входные сигналы и генерирующей выходные, является

14. Системой, передающей нервные импульсы другим нейронам или исполнительным органам (мышцам или железам), является

15. Наружная мембрана нейрона представляет собой

Двойной слой липидов

Слой, состоящий из молекул структурного белка

16. В структуру мембраны нейрона обязательно включены мембранные белки, которые, в зависимости от выполняемых ими функций, объединяются в 5 функциональных классов:

Понятие энергии и информации. Психофизическая сущность информации. Носители биологической и социальной информации. Принципы переработки информации в центральной нервной системе. Законы сохранения и передачи информации. Знаковая природа информации. Информационная природа процессов сенсорного восприятия (принцип кодирования). Психофизиологические характеристики восприятия: устойчивость, инвариантность, целостность. Динамика и привыкание. Представление и воображение. Мышление. Психофизиологические принципы мышления: системность, причинность, телеологичность. Структурно-функциональные основы мышления. Психофизиология ориентировочно-исследовательской деятельности и принятия решений.

Человек и животные воспринимают окружающий мир при помощи специализированных сенсорных систем — анализаторов (по И.П.павлову). Восприятие — это процесс и результат формирования субъективного образа предмета или явления, действующего на анализатор.

Классификация анализаторов осуществляется на основе местоположения рецепторов. Рецепторы — это специальные чувствительные нервные образования, воспринимающие раздражения из внешней или внутренней среды и перерабатывающем их в нервные сигналы. Все виды восприятия несут информацию о времени, т.е. о том моменте, когда появился стимул и как долго он действовал. Другими словами, восприятие — это процесс, началом которого служит момент действия стимула на рецептор. Завершением восприятия является образ стимула — объекта и его опознание (идентификация). Длительность одного акта восприятия может быть очень короткой, почти мгновенной, особенно, когда объект восприятия хорошо знаком. В таком случае говорят об одномоментном (симультанном) восприятии. Если человек сталкивается с неизвестным стимулом, длительность восприятия может существенно увеличиваться. Требуется время, чтобы провести детальный сенсорный анализ, выдвинуть и проверить несколько гипотез по поводу действующего стимула, и лишь после этого принять решение о том, что же представляет собой воспринимаемый стимул. В этом случае говорят о последовательной обработке информации и сукцессивном восприятии

Коды как средства передачи информации. Кодирование информации в нервной системе — это преобразование специфической энергии стимулов (света, звука, давления и др.) в универсальные коды нейтронной активности, на основе которых мозг осуществляет весь процесс обработки информации. Таким образом, коды — это особые формы организации импульсной активности нейронов, которые несут информацию о качественных и количественных характеристиках действующего на организм стимула. Детекторный принцип кодирования положен в основу "обобщенной модели сенсорной системы, выполняющей активный синтез при внутреннем отображении внешнего стимула". Модель воспроизводит все этапы процесса переработки информации от возникновения возбуждения на выходах рецепторов до формирования целостного образа.

Одной из первых топографических информационных концепций можно считать концепцию А.Р. Лурии о трех функциональных блоках головного мозга человека: первый блок (ствол мозга) обеспечивает регуляцию тонуса и бодрствования; второй (задние отделы коры) — получение, переработку и хранение информации, поступающей из внешнего мира; третий (передние отделы коры) — программирование, регуляцию и контроль психической деятельности. Функциональное обеспечение восприятия связано с деятельностью второго блока. Хорошо известен соматосенсорный гомункулус - схематический "человечек", отражающий пространственную представленность разных участков тела в первичной и вторичной зонах коры. Функции третичных (ассоциативных) зон коры больших полушарий конечного мозга связаны с процессами межмодального обобщения и построения картинны мира.

В зрительном анализаторе выделяются две системы обработки информации о внешнем мире. Первая из них ответственна за опознание объекта, вторая определяет локализацию объекта во внешнем зрительном поле.

Принято считать, что физиологическую основу, на которой развивается и функционирует непроизвольное внимание, составляет ориентировочная реакция. Ориентировочная реакция (ОР) впервые была описана И.П. Павловым как двигательная реакция животного на новый, внезапно появляющийся раздражитель. Она включала поворот головы и глаз в сторону раздражителя и обязательно сопровождалась торможением текущей условно-рефлекторной деятельности. Другая особенность ОР заключалась в угашении всех ее поведенческих проявлений при повторении стимула. Угасшая ОР, легко восстанавливалась при малейшем изменении обстановки

Механизм возникновения и угашения ОР получил толкование в концепции нервной модели стимула, предложенной Е.Н. Соколовым. Согласно этой концепции, в результате повторения стимула в нервной системе формируется "модель", определенная конфигурация следа, в которой фиксируются все параметры стимула. Ориентировочная реакция возникает в тех случаях, когда обнаруживается рассогласование между действующим стимулом и сформированным следом, т.е. "нервной моделью". Если действующий стимул и нервный след, оставленный предшествующим раздражителем, идентичны, то ОР не возникает. Если же они не совпадают, то ориентировочная реакция возникает и оказывается до известной степени тем сильнее, чем больше различаются предшествующий и новый раздражители. Поскольку ОР возникает в результате рассогласования афферентного раздражения с "нервной моделью" ожидаемого стимула, очевидно, что ОР будет длиться до тех пор, пока существует эта разница. В соответствии с этой концепцией ОР должна фиксироваться при любом сколько-нибудь ощутимом расхождении между двумя последовательно предъявляемыми стимулами. Имеются, однако, многочисленные факты, которые свидетельствуют о том, что ОР далеко не всегда обязательно возникает при изменении параметров стимула. Ориентировочный рефлекс связан с адаптацией организма к меняющимся условиям среды, поэтому для него справедлив "закон силы". Иначе говоря, чем больше изменяется стимул (например, его интенсивность или степень новизны), тем значительнее ответная реакция. Однако не меньшую, а нередко и большую реакцию могут вызвать ничтожные изменения ситуации, если они прямо адресованы к основным потребностям человека

Система внимания в мозге человека. М. Познер утверждает, что в мозге человека существует самостоятельная система внимания, которая анатомически изолирована от систем обработки поступающей информации. Внимание поддерживается за счет работы разных анатомических зон, образующих сетевую структуру, и эти зоны выполняют разные функции, которые можно описать в когнитивных терминах. Причем выделяется ряд функциональных подсистем внимания. Они обеспечивают три главные функции: ориентацию на сенсорные события, обнаружение сигнала для фокальной (сознательной обработки) и поддержание бдительности, или бодрствующего состояния. В обеспечении первой функции существенную роль играет задняя теменная область и некоторые ядра таламуса, второй — латеральные и медиальные отделы фронтальной коры. Поддержание бдительности обеспечивается за счет деятельности правого полушария. Экспериментальное изучение физиологических коррелятов и механизмов внимания осуществляется на разных уровнях, начиная от нервной клетки и кончая биоэлектрической активностью мозга в целом. Каждый из этих уровней исследования формирует свои представления о физиологических основах внимания.

Изучение мыслительной деятельности в психофизиологии имеет свою специфику. В теоретическом плане проблема физиологических основ мыслительной деятельности мало разработана. До сих пор не существует широко принятых концепций (как это имеет место применительно к восприятию, памяти), которые объясняли бы, каким образом ЦНС обеспечивает процесс мышления. В то же время имеется немало эмпирических исследований, которые посвящены изучению этой проблемы. Они образуют два относительно независимых подхода. В основе первого лежит регистрация физиологических показателей в ходе умственной деятельности. Фактически он направлен на выявление динамики физиологических показателей в процессе решения задач разного типа. Второй подход исходит из того, что присущие человеку способы познавательной деятельности находят закономерное отражение в физиологических показателях, в результате те приобретают устойчивые индивидуальные особенности. По этой логике, главное — найти те показатели, которые статистически достоверно связаны с успешностью познавательной деятельности, например, коэффициентом интеллекта, причем физиологические показатели в этом случае получают независимо от психометрических.

По утверждению П.К. Анохина (1975), необходимость ввести понятие "принятие решения" возникла в процессе разработки теории функциональных систем для четкого обозначения этапа, на котором заканчивается формирование и начинается исполнение какого-либо поведенческого акта. Таким образом, принятие решения в функциональной системе является одним из этапов в развитии целенаправленного поведения. Оно всегда сопряжено с выбором, поскольку на стадии афферентного синтеза происходит сличение и анализ информации, поступающей из разных источников. Принятие решения представляет критический "пункт", в котором происходит организация комплекса эфферентных возбуждений, порождающих в дальнейшем определенное действие. Обращаясь к физиологическим механизмам принятия решения, П.К. Анохин подчеркивал, что принятие решения — процесс, включающий разные уровни организации: от отдельного нейрона, который продуцирует свой ответ в результате суммации многих влияний, до системы в целом, интегрирующей влияния множества нейрональных объединений. Окончательный результат этого процесса выражается в утверждении: система приняла решение.

Нейрофизиологические механизмы принятия решения должны существенно различаться в зависимости от того, в контекст какой деятельности они включены. В сенсорных и двигательных системах при каждом перцептивном или двигательном акте происходит разнообразный и многосторонний выбор возможного ответа, который осуществляется на бессознательном уровне. Принципиально иные нейрофизиологические механизмы имеют "истинные" процессы принятия решения, которые выступают как звено сознательной произвольной деятельности человека. Будучи обязательным звеном в обеспечении всех видов познавательной деятельности, процесс принятия решения в каждом из них имеет свою специфику. Перцептивное решение отличается от мнестического или решения мыслительной задачи, и что самое существенное мозговое обеспечение этих решений включает разные звенья и строится на различных уровнях. В психофизиологии наиболее разработаны представления о коррелятах и механизмов принятия решения, включенного в процессы переработки информации и организацию поведенческого акта.

Информацию о внешней и внутренней среде организма человек получает с помощью сенсорных систем (анализаторов). Представления об анализаторах развиты и экспериментально обоснованы И.П. Павловым. Каждый анализатор есть определенная анатомически локализованная структура от периферических рецепторных образований до проекционных зон коры головного мозга. Анализаторы выполняют функцию приема и переработки сигналов внешней и внутренней среды организма.

Каждая область мозга, в которой находится сенсорный центр (ядро) и осуществляется переключение нервных волокон, образует уровень сенсорной системы. После переключения нервный сигнал по аксонам клеток сенсорных ядер передается следующим уровням вплоть до коры головного мозга – экранной структуры, где находятся первичные проекционные зоны анализатора (корковый конец анализатора), окруженные вторичными сенсорными и ассоциативными полями коры. Кроме ядерных образований во всех отделах мозга, а особенно в коре больших полушарий, имеются нервные клетки, не сгруппированные в ядра, так называемые диффузные нервные элементы.

Сенсорная система (анализатор) выполняет следующие функции, или операции, с сигналами: 1) обнаружение; 2) различение; 3) передачу и преобразование; 4) кодирование; 5) детектирование признаков; 6) опознание образов.

Обнаружение и первичное различение сигналов обеспечивается рецепторами. Рецепторы – это специализированные чувствительные образования, воспринимающие и преобразующие раздражения из внешней и внутренней среды организма в специфическую активность нервной системы. Исходно под рецептором понимали сенсорную клетку. Однако сейчас в молекулярной биологии так называют комплексы молекул на клеточных мембранах, специфически реагирующие на другие молекулы, например гормоны (мембранные белки-рецепторы).

Можно называть рецептором нервную клетку или ее часть, которая ответственна за преобразование стимулов в нейронное возбуждение. У человека различают: зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые, осязательные рецепторы, баро-, термо-, проприо-, вестибулорецепторы (рецепторы положения тела и его частей в пространстве) и рецепторы боли. Существуют рецепторы внешние (экстерорецепторы) и внутренние (интерорецепторы).

По характеру контакта со средой рецепторы делятся на: дистантные – рецепторы, получающие информацию на расстоянии от источника раздражения (зрительные, слуховые и обонятельные) и контактные – рецепторы, возбуждающиеся при непосредственном соприкосновении с раздражителем (вкусовые, тактильные).

В сенсорных органах происходит преобразование энергии внешнего стимула в нервный сигнал (рецепторный потенциал) – этот процесс называется рецепцией.

Важная характеристика сенсорной системы – способность замечать различия в действии раздражителей. Различение начинается в рецепторах, но при этом в процессе участвуют нейроны всей сенсорной системы. Минимальное различие между стимулами, которое сенсорная система может заметить, называется дифференциальным, или разностным, порогом.

Процессы преобразования и передачи сигналов в сенсорной системе обеспечивают поступление в высшие центры мозга наиболее важной (существенной) информации о раздражителе в форме, удобной для его надежного и быстрого анализа. Преобразование энергии внешнего стимула и передача результатов этого преобразования в сенсорные ядра мозга обеспечивается градуальным генераторным потенциалом (рецепторным потенциалом), который отражает силу и длительность стимула.

Детектирование сигналов – это избирательное выделение сенсорным нейроном того или иного признака раздражителя, имеющего поведенческое значение. Такой анализ осуществляют нейроны-детекторы, избирательно реагирующие лишь на определенные параметры стимула. Так, типичный нейрон зрительной области коры отвечает разрядом лишь на одну определенную ориентацию темной или светлой полоски, расположенной в определенной части поля зрения. На другие наклоны той же полоски ответят другие нейроны.

Опознание образа – это отнесение образа к тому или иному классу объектов, с которыми ранее встречался организм, т.е. классификация образов. Это конечная и наиболее сложная операция сенсорной системы.

Синтезируя сигналы от нейронов-детекторов, высший отдел сенсорной системы формирует образ раздражителя и сравнивает его с множеством образов, хранящихся в памяти. Опознание завершается заключением, с каким объектом или ситуацией встретился организм. Так происходит восприятие, т.е. мы осознаем, чье лицо видим перед собой, кого слышим, какой запах чувствуем.

Для начала определим круг разработанности данной проблемы и кратко перечислим ученых, которые занимались данной проблемой: П.П. Марков, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.А. Ухтомский, П.К. Анохин, Н.Н. Ланге, В.М. Бехтерев, Б.Г. Ананьев, Л.М. Веккер, Б.Ф. Ломов, А.Р. Лурия и др.

Психические процессы. Ощущение и механизмы его возникновения

Психические процессы представляют собой определенные структурные элементы, которые могут быть выделены из психики в целом. Виды психических процессов: познавательные (ощущение, восприятие, представление, воображение, мышление, память, внимание), эмоциональные и волевые.

Одним из примеров элементарных психических процессов является ощущение. Именно этому психическому процессу будет посвящена наша тема.

Ощущение – определенный процесс отражения отдельных свойств внешнего мира. (На начальной стадии обучения многие путают такие психические процессы, как ощущение и восприятие. Разница между ними в том, что восприятие – целостное отражение внешнего мира, в то время как ощущение отражает лишь отдельные свойства предметов.)

• Курсовая работа Информационная структура нервных процессов 460 руб.
• Реферат Информационная структура нервных процессов 270 руб.
• Контрольная работа Информационная структура нервных процессов 250 руб.

Рассмотрев краткое понятие ощущения, изучим механизмы его возникновения. Ощущение может возникнуть в случае воздействия на организм объектов внешнего мира. Данное воздействие по характеру может быть:

1. механическим;
2. химическим;
3. электромагнитным;
4. акустическим и др.

Сам механизм возникновения ощущений заключается в следующем: при воздействии предмета на организм человека происходит передача информации в закодированном о раздражении в виде нервного возбуждения, которое достигает перцептивных полей, трансформируясь в ощущения.

Для понятия данного механизма стоит остановится на таком понятии, как нервное возбуждение и торможение с точки зрения физиологии.

Нервное возбуждение – реакция ткани организма на раздражение, которое проявляется как в неспецифических (генерализация потенциала действия), так и в специфических функциях.

Нервное торможение – процесс, противоположный нервному возбуждению, заключающийся в ослаблении или подавлении нервного возбуждения.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

В настоящее время нейрофизиологи выделяют две формы возбуждения:

Наглядно материал представлен на рисунке 1.

Так, можно сделать вывод о том, что основа кодирования информации для живого организма – две формы нервного возбуждения.

Формирование психических образов

Прояснив основы механизма формирования ощущений, мы можем перейти к его специфике. Известно, что определенные органы чувств воспринимает исключительно энергию определенного типа. Так, например, мы точно знаем, что глаза воспринимают свет, но не звук, за который ответственны уши, а также 41 зона по карте головного мозга и так далее.

Итак, ощущения обладают следующими характеристиками:

1. модальность (специфика энергий);
2. пространственная специфика (локализация объекта);
3. временная специфика (длительность воздействия раздражителя).

В целом, формирование отдельных психических свойств не вызывает затруднений. Однако как же формируется целостный психический образ? Для ответа на данный вопрос обратимся к исследованиям Н.Н. Ланге. В ходе эксперимента он установил несколько фаз формирования целостного психического образа. Работа нашла как своих сторонников, однако это не отменило более глубокий анализ и проверку исследования как, например, со стороны Б.Ф. Ломова. В целом, он выделил пять фаз развертывания различных пространственных компонентов образа отдельного тест-объекта:

1. Различение положения предмета и грубая оценка его общих пропорций.
2. Мерцание формы.
3. Различение резких перепадов кривизны.
4. Глобально-адекватное восприятие, в котором форма представлена без различения ее деталей.
5. Адекватное отражение формы во всей полноте деталей ее контура.

Нарушения восприятия

Нарушение восприятие называют агнозией. Агнозии могут возникать при различных поражениях мозга.

Выделяют несколько видов агнозий:

1. зрительные агнозии, проявляющиеся в том, что человек при сохранении остроты зрения не может узнавать предметы и их изображения;
2. тактильные агнозии, проявляются в виде расстройств опознания предметов наощупь — астереогнозия, а также в нарушении узнавания частей собственного тела, в нарушении представления о схеме тела — соматоагнозия;
3. слуховые агнозии проявляются в нарушении способности различать звуки речи или знакомые мелодии, звуки, шумы при сохранении слуха.

У некоторых больных наблюдаются преимущественно нарушения зрительного индивидуализированного восприятия при относительно сохранном обобщенном восприятии предметов. У таких больных, например, нарушается способность узнавать знакомые лица. При выраженной глубине болезненных расстройств больные плохо различают мимику. Исследованием восприятия больных со зрительной агнозией занимался Б.Г. Ананьев, который указал на тот факт, что ими ошибочно воспринимается пространство. Оно может выглядеть как сплошной световой поток. При этом находящиеся в этом пространстве предметы будут казаться несколько аморфными.

Также интересен опыт исследования о перцептивных расстройствах А.Р. Лурии. Он выяснил, что, как правило, дефект восприятия состоит в том, что у больного не складывается целостный образ предмета.

В нервной системе

The basic notions of the physiological (endogenous, intrinsic) time concept and the prospects of its use in analysis and modeling of information processes in the nervous system are considered. Several natural measures of endogenous time are proposed which allow to obtain gualitatively novel results when analyzing bioelectrical activity.

Рассмотрены основные положения концепции физиологического времени и перспективы ее использования для анализа и моделирования информационных процессов в нервной системе. Предложены натуральные меры собственного времени, позволяющие получить принципиально новые результаты при анализе биоэлектрической активности.

Необходимость в новом понятии – физиологическом времени – первым осознал А.А.Ухтомский, который в тезисах доклада о хронотопе, сделанном в 1925 г., писал: “Камень преткновения: “время психологии” и “время физики”. Хронос и часы. Именно физиологии предстоит спаять их воедино.” (цит. по Аршавский, 1991). Принципиальной особенностью такого времени является его зависимость от геометрии и функционального состояния физиологической подсистемы, для которой оно введено.

Сейчас уже наступило время, когда развитие и решение проблем физиологического времени должны внести принципиальные изменения в существующие представления о характере временной организации физиологических процессов. Речь идет о возможности использования концепции собственного времени применительно как к теоретическим построениям, так и анализу экспериментальных данных, получаемых в ходе физиологических исследований и экспериментов.

С одной стороны, время – понятие, лежащее в основе научных представлений о мире, а с другой стороны, время – конкретное понятие, с которым мы все время сталкиваемся, изучая, моделируя и прогнозируя динамические процессы различной природы. Например, анализ суммарной электрической активности мозга животных и человека – электроэнцефалограммы (ЭЭГ) – осуществляется по реализациям конечной длины от одного или нескольких отведений.

Исходным материалом для него служат ряды данных, полученные квантованием с заданным шагом исходного непрерывного процесса. Отсчеты берутся через равные промежутки времени, выражаемые в долях секунды. И практически все существующие методы анализа ЭЭГ и вытекающие из этого анализа содержательные интерпретации ориентированы на такой исходный материал.

Например, оценки спектрального состава позволяют обнаруживать наиболее выраженные ритмические составляющие с частотами 0,5-3, 4-7, 8-13, 15-35 кол/с. Но что значит единица измерения для этих ритмов? Поначалу такой вопрос кажется странным. В самом деле, разве эта единица (секунда) не связана с общепризнанным эталоном измерения времени? Но тогда возникает следующий вопрос: что такое сам этот эталон и откуда он взялся?

Потребность в некоем эталоне возникает только тогда, когда несколько подсистем объединяются в единую систему и вынуждены взаимодействовать, или когда необходимо следить за одновременностью событий, принадлежащим двум или более пространственно разделенным цепочкам событий. Однако неудобство указывать на наступление некоторого события путем ссылки на другое событие, а этого второго – ссылкой на третье и т.д., привело к введению стандартной последовательности событий путем привязки к угловому смещению выбранного небесного тела. Так появилось в обиходе астрономическое время, повсеместность которого была подкреплена появлением разного рода часов.

По мере развития цивилизации были обнаружены некоторые перманентности, связанные с регулярными сменами времен года, дня и ночи, фаз Луны. В конечном счете, были введены такие астрономические единицы времени как год, сутки, месяц и их искусственные производные – часы, минуты и т.д. Астрономическое время, наряду с пространственными координатами, получило статус независимой переменной, и с помощью этой переменной были разработаны соответствующие законы механики. И никаких (или почти никаких) вопросов не возникало, пока речь шла о движении физических тел, об использовании эталонов времени при создании и эксплуатации всякого рода машин и механизмов, об описании процессов в неживой природе и т.д.

Но когда речь заходит о процессах, протекающих в живых организмах, возникают большие сомнения относительно того, что астрономические единицы пригодны в качестве единиц измерения. Прежде всего, речь идет о результатах, полученных в обширных психологических исследованиях, где однозначно показано, что в зависимости от функционального состояния испытуемого, его субъективное время течет по-разному, и, значит, оно может выступать в роли и зависимой переменной.

Аналогичная ситуация имеет место не только на психологическом, но и на физиологическом уровне. При передаче и преобразованиях сигналов в синаптических реле возможны разные изменения шкалы времени, связанные как с усилением адаптации, так и с приданием большей крутизны скорости нарастания входных сигналов. Уже давно получено достаточно много фактов (Сомьен, 1975), показывающих, что синапсы, к которым приходит информация от афферентов первого порядка, обладают способностью трансформировать время, а это, в свою очередь, приводит к подчеркиванию или извлечению некоторых новых свойств входных данных.

Для измерения астрономического времени используют часы, состоящие из автоколебательного устройства и счетного механизма. Высказывались суждения о наличии осцилляторов в мозгу, якобы объясняющих чувство времени. Но относительно счетчиков нет никаких, даже спекулятивных рассуждений, а тем более фактов. Смена суток и времен года имеет, вероятно, отношение к чувству времени, но объяснить способность к оценке кратковременных периодов с ее помощью нельзя.

Никому еще не удалось показать, что в живых системах существуют механизмы, позволяющие измерять по абсолютной величине, а не сравнивать временные промежутки с точностью 0,01-1,0 мс. А это значит, что теории, предполагающие существование механизмов анализа сложных ритмов, базирующихся на измерении сверхмалых промежутков времени в физической шкале, остаются не больше, чем спекуляциями.

Исходя из имеющихся фактов и теоретических обобщений сформировалось представление, что для описания специфики и структуры биологических процессов необходимо ввести понятие биологического (физиологического) времени (Уитроу, 1984), т.е. времени, связанного с внутренней ритмикой функционирования и развития биообъектов и со случайным поведением траекторий биологических процессов.

Используемая сейчас конструкция времени – это абсолютное время Ньютона, для измерения которого существуют разнообразные часы. С другой стороны, общепризнанной является точка зрения на функционирование живых организмов, как на последовательность событий – функциональных квантов, таких как кванты элементарных физиологических процессов, кванты гомеостаза, кванты поведения.

Любой из этих квантов, заканчиваясь определенным результатом и являясь функционально одним и тем же, может иметь разную длительность в обычно используемой шкале времени. Следовательно, естественные элементы физиологических и поведенческих процессов не эквивалентны общепринятым метрическим единицам времени, а задают разнородный поток событий, определяющих собственное время того или иного процесса.

Традиционное представление о времени состоит в его изоморфизме прямой линии. Настоящее существует при таком представлении в единственной точке, отделяющей прошлое от будущего. Оно возникает ниоткуда и исчезает в никуда. На самом же деле психическое настоящее может достигать нескольких секунд, и если бы оно не обладало длительностью, то мы бы не смогли улавливать, например, мелодию, ориентироваться в одновременности двух и более событий, воспринимаемых органами чувств последовательно.

Несмотря на эти казалось бы очевидные факты, и сейчас общепринятыми в физиологических исследованиях являются представления о настоящем моменте времени, как о точке на оси времени, т.е. о мгновении в буквальном смысле этого слова. Это не соответствует существу реально протекающих физиологических, а тем более психических процессов.

В самом деле, каждый физиологический акт является следствием некоторой причины, но вместе с тем обязательно существует достаточно продолжительная стадия, когда причина и следствие сосуществуют вместе и в течение которой идет процесс активного воздействия следствия на причину. И именно эта стадия является выражением “настоящего”.

Кстати, сам факт порождения причиной следствия определенным образом меняет причину, что и приводит к возникновению систем с обратной связью и, в более общем случае, к самоорганизующимся системам.

Однако для того, чтобы сделать понятие собственного времени конструктивным, т.е. пригодным для решения конкретных исследовательских задач необходимо ввести для него определение и соответствующую метрику.

Существует точка зрения (Гибсон, 1988, Левич, 1986), что следует говорить не о времени, как таковом, а об изменениях, событиях, последовательностях событий. Течение абсолютного времени лишено реальности для живых существ. Мы воспринимаем не время, а процессы, изменения, последовательности (имеется в виду не социальное время, отсчитываемое по часам). Естественные элементы поведения (события) не следует путать с метрическими единицами времени. Последние по сути своей условны и произвольны, а отдельно взятое событие представляет собой единое целое, а это совсем не то же самое, что единица измерения. Итак, реальностью, лежащей в основе такой абстракции как время, является последовательность упорядоченных событий.

Следующий шаг, который надо сделать, это указать за изменениями каких признаков будет осуществляться контроль, и как преобразуются эти изменения в число, которое будет называться мерой времени. Формализация понятий, связанных со становлением и течением времени, должна позволить управлять масштабами собственных времен на разных уровнях иерархии физиологических систем, что в свою очередь, откроет новые подходы к решению ряда прикладных задач, связанных с управлением и коррекцией функционального состояния.

Для любого колебательного процесса в качестве натуральной меры времени может быть принята единица исчисления последовательности повторяющихся “одинаковых” состояний процесса. Вопрос в том, какие два состояния следует считать одинаковыми.

При анализе биоэлектрических сигналов, характеризующих течение физиологических процессов в качестве натуральных мер времени в зависимости от поставленной задачи мы используем единицы исчисления последовательностей локальных максимумов и минимумов. Причем, эти максимумы и минимумы оцениваются как для первично регистрируемых биоэлектрических процессов, так и для их произведений по два, например, для ЭЭГ, отводимой от симметричных пунктов обоих полушарий, по три – для отведений одного полушария и т.д. Естественно, что натуральные меры времени для всех рассматриваемых вариантов непостоянны в астрономической шкале времени.

Кроме того, при оценке физиологического времени мы полагаем, что пара состояний, следующих друг за другом, неразличима, если разница в описывающих их переменных, не превышает 5%, что, примерно, соответствует коэффициенту Вебера. При этом, однако, отдаем себе отчет в том, что “экспериментальный код” исследователя и “естественный код” процессов, протекающих в живом организме, могут принципиально различаться между собой.

Концепция физиологического времени предполагает, что для разных подсистем организма существуют свои собственные характерные времена, и в то же время собственное время существует для всего организма в целом.

С математической точки зрения, если существует взаимно-одно- значное и взаимно-непрерывное соответствие между двумя временами, то использование любого из них является вполне равноправным. Если бы такое положение существовало для астрономического времени и интересующего нас времени конкретного физиологического процесса, то использование понятий, о которых шла речь выше, в лучшем случае давало бы возможность упростить описание за счет использования нелинейного соответствия (Левич, 1986).

Однако в рамках концепции собственного времени более отвечающим существу дела и позволяющим обнаружить такие закономерности, которые ускользают при описаниях с использованием астрономической шкалы, представляется использование модели времени, для которой в случае, когда два или более события одинаковы в выбранном нами смысле, т.е. в состоянии процесса фактически отсутствуют изменения, его собственное время останавливается, прекращает свой ход. (Усманов и др., 1983).

Принципиальное следствие, вытекающее из принятого представления о времени, состоит в том, что когда нервные элементы становятся функционально независимыми их системное время останавливается. Именно такая ситуация имеет место при некоторых экстремальных условиях (жар, наркотики, повреждение мозга), когда собственное системное время на какой-то промежуток астрономического времени исчезает и перестает быть возможной синхронизация внутри отдельных анализаторов и между ними. При этом возникают странные симптомы, такие как фрагментарность восприятия, инверсия отдельных частей, разобщение цвета и формы и т.д.

Информационные процессы в нервной системе всегда сопровождаются изменениями динамических структур и уровней активации, т.е. нарушениями равновесия и организации, измеряемой количеством неопределенности. Эти изменения на нейронном уровне и представляют собой материальный субстрат собственного физиологического времени.

Организм обладает двумя способами внутренне контролировать неопределенность. Первый – увеличение скорости, с которой до него доводится внешняя информация, второй – уменьшение скорости и переход к внутренним формам регуляции. Таким образом, открытие и закрытие входных каналов, изменяя неопределенность, одновременно регулирует собственное время, модифицируя процессы передачи и переработки информации.

Для проверки этих предположений был проведен анализ экспериментальных данных ЭЭГ-показателей, полученных в обследованиях на людях с обычными и измененными формами сознания и в экспериментах на кошках при использовании психотропных препаратов. Анализировалась динамика собственного времени для отдельных отведений, их комбинаций по два для симметричных пунктов и по три – для отведений каждого из полушарий.

Эта динамика отражает, по нашему мнению, процессы переработки информации, связанные с собственными регуляторными возможностями отдельных нервных центров, с адаптацией, обеспечиваемой межполушарными взаимодействиями, и внутриполушарной синхронизацией. Показано, что физиологическое время в разных полушариях течет неодинаково, и это справедливо для всех проанализрованных функциональных состояний.

Это позволяет определить точки приложения и характер внешних воздействий для получения соответствующих сдвигов в нейрорегуляторных и поведенческих функциях в зависимости от того имеем ли мы в виду воздействовать на психосенсорную (правое полушарие) или на психомоторную сферу ( левое полушарие). Выявленная динамика физиологического времени косвенно подтверждает приведенные выше соображения об изменениях пропускной способности нервных каналов связи при изменениях функционального состояния.

В настоящее время общепринятым является утверждение о параллельности переработки информации в нервной системе животных и человека. Из этого следует, что как отдельные нейроны, так и их ансамбли и даже нервные центры в целом одновременно участвуют в нескольких процессах.

Однако методов, позволяющих в биоэлектрической активности выявить значения регистрируемых показателей, относящихся к этим разным процессам, нет. Проведенное нами сопоставление собственных физиологических времен для разных уровней их иерархии показывает, что такая задача может быть успешно решена, и при этом открываются новые возможности для изучения принципов кодирования информации в нервной системе.

Библиографический список

1. Аршавский И.А. Учение А.А. Ухтомского о хронотопе – его значение в анализе временных механизмов и закономерностей биологии индивидуального развития // Успехи физиол.наук. – 1991. – №3. – С. 3-23.

2. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Пространство и время в живой и неживой природе. – М.: Наука, 1975. - 174 с.

3. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. – М.: Прогресс, 1988. – 462 с.

4. Левич А.П. Тезисы о времени естественных систем // Экологический прогноз. – М.: МГУ, 1986. – С. 163-188.

5. Пригожин И. От существующего к возникающему. – М.: Наука, 1985. – 326 с.

6. Сомьен Дж. Кодирование сенсорной информации. – М., 1975. – 415 с.

7. Уитроу Дж. Структура и природа времени. – М.: Наука, 1984. – 64 с.

8. Усманов и др. Об одном алгоритме преобразования динамических рядов // Докл. АН Тадж. ССР. – 1983. – Т. XXVI. – №8. – С. 486-488.

9. Фресс П. Восприятие и оценка времени // Экспериментальная психология. Вып. VI. – М.: Прогресс, 1978. – С. 88-135