Механизмы мозга - Дун

к тому, что в соответствующую точку сенсорной области в левом полушарии приходит типичный залп импульсов, генерируемых рецепторными нервными окончаниями в пальце и проводимых в кору волокнами спинного мозга и ствола головного мозга, Так как головной мозг — это целая группа органов, мы не должны удивляться, если отображения тела, составленные из окончаний чувствительных и двигательных нервов, будут найдены в нескольких местах. Хотя ни одна область еще не имела такой детальной карты, как кора, подобные отображения были действительно найдены в двух или трех других областях. Такой же «гомункулюс» имеется, например, в мозжечке — бобовидной массе серого и белого вещества величиной с бейсбольный мяч, отходящей назад 01 верхней части ствола мозга и почти полностью закрытой задним отделом коры. Мозжечок, как мы увидим позже, играет важную роль в осуществлении и координации сложных движений тела. Для надлежащего выполнения этой функции динамической стабилизации мозжечку, по-видимому, необходима детальная проекция сенсорных нервов, которые все время сообщали бы ему о положении различных частей тела.

Особенно важна и интересна зрительная проекционная система в головном мозгу человека. Зрительный нерв каждого глаза содержит больше миллиона волокон, которые передают созданное на сетчатке хрусталиком изображение особой системе нейронов, находящейся в затылочных долях коры (рис. 8). Хотя приходящие сюда потенциалы создают очень сильно искаженную картину, топологическая связность изображения сохраняется, т. е. смежные точки сетчатки представлены смежными же точками в коре. При электрическом раздражении любой из этих точек коры субъект видит вспышки света в соответствующей точке поля зрения. Точно так же, когда луч яркого света падает на небольшой участок сетчатки, в соответствующей точке зрительной коры регистрируется прибытие обычного залпа электрических импульсов.

Следует подчеркнуть, что описанные здесь связи с корой фиксированы самой структурой мозга. Если не считать влияния нормальных индивидуальных различий в величине и форме мозга, то у всех животных одного вида эти связи одинаковы. Нервный путь от мизинца правой руки подходит к коре в определенном месте, характерном для данного вида; тот участок затылочной доли, который регистрирует наличие или отсутствие света в нижнем правом углу поля зрения левого глаза, занимает у всех людей одно и то же положение. Установление этих нервных связей не зависит от какого-либо обучения или адаптации; «чертеж» для их построения, точно так же как и для построения многих других структурных деталей, заложен в генах, определяющих, что должно развиться из данного эмбриона: человек или лягушка. Мы уже знакомы с данными, говорящими о существовании эффективных механизмов, которые обеспечивают желательные связи в нервной системе; это видно из того, что у низших позвоночных, обладающих большими возможностями регенерации, после перерезки или повреждения нервной ткани связи в ней восстанавливаются весьма упорядоченным образом.

Итак, мы видим, что соединение входных и выходных устройств нервной системы с предполагаемым центром переработки информации — головным мозгом— осуществляется вполне упорядоченным образом. Так же, как и в аналогичных (по нашему представлению) электронных вычислительных устройствах, здесь имеются специфические, упорядоченно расположенные вводы для присоединения различных периферических механизмов, доставляющих централь-ной вычислительной машине информацию, подлежащую обработке. Такой же регулярностью отличается система выходных пунктов головного мозга, посылающих эффекторным механизмам выработанные в нем инструкции.

Следующим логическим шагом в нашем постепенном подходе к пониманию нервной системы будут поиски процессов, которые можно было бы с уверенностью идентифицировать как обработку информации или как осуществление вычислительных и управляющих функций. Это и будет целью двух последующих глав, Литература

1. Brazier М. А. В., The Electrical Activity of the Nervous System, ed. 2, The Macmillan Company, New York, 1960.

2. Buchanan A. R., Functional Neuro-Anatomy, ed. 4, Lea and Febiger, Philadelphia, chap. 12, «The Sensory and As-sociative Mechanism of the Cerebral Cortex», 1961.

3. Penfield W., Roberts L., Speech and Brain Mecha-nisms Princeton University Press, Princeton, N. J., chap. II, «Functional Organization of the Human Brain, Discrimina-tive Sensation, Voluntary Movement», 1959.

4. Snider R. S., «The Cerebellum», Scientific American, pp. 84—90 (August 1958).

5. Sperry R. W., «The Eye and the Brain», Scientific Ameri-can, pp 48—52 (May 1956).

6. Sperry к. W., «The Growth of Nerve Circuits», Scientific American, PP. 68-75 (November 1959).

3 Обработка информации

в периферической нервной системе

Всю деятельность головного мозга можно определить как некоторую переработку информации. Рецепторные нейроны доставляют, сведения о состоянии внешнего мира и внутренних органов; эти сведения дополняются записанной в памяти информацией о прошлом опыте, а затем эти комбинированные данные обрабатываются нейронными сетями и получается тот или иной конечный результат. У человека очень часто, а у низших животных почти всегда этот конечный результат переработки информации представляет собой определенное сочетание двигательных команд, побуждающих мышцы или железы реагировать в соответствии с действующими раздражителями. Иногда— у человека и, вероятно, у некоторых высших животных — конечный результат этой переработки носит «умственный» характер: это мысль или представление, которые не всегда ведут к видимой физической активности, так как для этого может требоваться сочетание их с другими мыслями или представлениями. По существу, цель всей нашей книги — прийти к пониманию того, каким образом происходит переработка информации в головном мозгу, однако следует признаться, что, даже дочитав ее последнюю страницу, мы пройдем лишь небольшую часть пути, ведущего к этой цели. Задача настоящей главы значительно скромнее. Здесь мы рассмотрим только первичную обработку сенсорных данных, которую производит периферическая нервная система, прежде чем она передает полученную ею информацию головному мозгу для более «квалифицированного» анализа.

В сущности, сейчас нас будет интересовать экономность конструкции нервной системы. Для надлежащей реакции организма на внешние и внутренние условия необходимы определенные виды и количества информации. Однако при достижении известного предела всякая добавочная информация не только не нужна, но может быть положительно вредна, так как она загружает нейронные цепи, которые лучше было бы использовать для других целей. Например, хотя разрешающая способность осязания в наших пальцах до известного предела полезна, обычно нам нет нужды локализовать свои осязательные ощущения с точностью в доли миллиметра. Поэтому тельца Мейснера—осязательные рецепторы кожи, не покрытой волосами,— могут быть сгруппированы, т. е. некоторое число этих концевых аппаратов может быть присоединено к одному нервному волокну. Обусловленное этим учреднение эффекта, определяющего частоту потенциалов действия в одном проводнике, представляет собой такую обработку сенсорных данных, которая сводит к минимуму число необходимых нервных волокон снижает