Механизмы мозга - Дун

реактивность по отношению к прямым световым «щелям» и границам свойственна всем исследованным корковым нейронам, а не только нейронам, находящимся в слоях, удаленных от окончаний зрительных волокон, позволяет предполагать, что преобразование зрительной информации из радиально-симметричной формы в линейно-симметричную происходит там, где она впервые вступает в кору, а не в последующих слоях нейронов, осуществляющих ее переработку. Такое преобразование, по-видимому, должно быть связано с особой схемой нейронных соединений: все волокна от различных рецепторов, лежащих в длинном узком участке сетчатки, должны служить источниками входных сигналов для одного и того же кортикального нейрона. Правда, в сложных реакциях некоторых корковых нейронов на появление света, исчезновение света и движение световой фигуры-раздражителя Хьюбель и Визель усмотрели указание на то, что иногда это связано и с переработкой информации в коре. Тем не менее все их наблюдения совместимы с выводом, что значительная часть реорганизации первичных зрительных данных в зрительной коре кошки осуществляется еще до того, как сигналы поступают в более глубокие слои коры.

Вряд ли можно сомневаться, что явления, изученные Хьюбелем и Визелем, имеют прямое отношение к некоторым своеобразным субъективным особенностям зрительного восприятия, о которых мы кратко упоминали в конце предыдущего раздела. Психологов всегда изумляла необычайная способность нашего глаза замечать прямые линии света и тени во всем, на что мы смотрим. Если (что кажется вероятным) организация зрительной системы у человека во многом сходна с ее организацией у кошки, то мы, по-видимому, уже имеем реальное физиологическое объяснение этой особенности восприятия: мы так легко замечаем прямые линии потому, что каждый нейрон в нашей зрительной коре получает входные сигналы от линейных групп рецепторов сетчатки. Другие особенности субъективных явлений восприятия авторы объясняли на основе свойств некоторых нейронов, реакции которых на условия освещения сетчатки были настолько сложны, что заставляли предполагать переработку информации в коре. Например, в некоторых случаях отдельный корковый нейрон реагировал на световую «щель» или прямую контрастную границу независимо от положения ее на сетчатке. Однако определенная угловая ориентация этой «щели» или линии контраста должна была в точности сохраняться; незначительный поворот приводил к полному исчезновению реакции коркового нейрона.

Вполне возможно, что именно такие нейронные элементы, индифферентные по отношению к локализации прямой линии в поле зрения, но весьма чувствительные и ее угловой ориентации, и лежат в основе нервных механизмов, позволяющих человеку и другим высшим позвоночным распознавать треугольники. квадраты и иные прямолинейные геометрические фигуры независимо от их расстояния от глаза и положения в поле зрения.

Конечно, эти исследования дали пока еще очень мало сведений по сравнению с тем, что необходимо для полного понимания загадочных различий между изображением внешнего мира на сетчатке глаза и субъективным ощущением, возникающим в мозгу. Тем не менее, по-видимому, без всякого преувеличения можно заключить, что Хьюбель и Визель положили неплохое начало изучению некоторых процессов, лежащих в основе явлений константности восприятия.

Хотя рассмотрение интересных особенностей восприятия, связанных с переработкой информации в коре мозга, увело нас несколько в сторону, основная мысль этой главы состояла в том, что не все «умственные способности» нервной системы сосредоточены в головном мозгу. На основании приведенных здесь частных случаев не следует также заключать, что реорганизация сенсорных данных до передачи их в головной мозг свойственна только зрительному отделу нервной системы. В настоящее время накапливается много данных о том, что сходные принципы действуют и в каналах связи, идущих к мозгу от уха. Точно так же и импульсы от осязательных рецепторов кожи не доходят прямым путем до проекционных полей в сенсорной коре (гл. II). Вместо этого отдельные периферические сенсорные сигналы широко взаимодействуют и подвергаются переработке промежуточными нейронами спинного мозга и ствола головного мозга, прежде чем поступают в кору.

Поскольку вся нервная система построена из одних и тех же основных элементов, не следует слишком удивляться тому, что некоторая часть необходимой переработки данных производится на периферии. Можно было бы ожидать, что в результате этого головной мозг будет получать сенсорную информацию в такой форме или на таком «языке», на котором ему легче с нею оперировать, и, кроме того, будет сведено до минимума число требуемых каналов связи. Конструктор вычислительных машин использует эту возможность. Использует ее, по-видимому, и природа.

Литература

1. Hubel D. Н., Wiesel Т. N., «Receptive Fields, Binocu-lar Interaction and Functional Architecture in the Cat’s Vi-sual Cortex», Journal of Physiology, vol. 160, pp. 106—154 (1962).

2. Let tv in J. Y., Ma tu г an a H. R., McCulloch W. S., Pitts W. H., «What the Frog’s Eye Tells the Frog’s Brain», Proceedings of the Institute of Radio Engineers, vol. 47, pp. 1940—1951 (1959).

3. Reichardt W., «Autocorrelation and the Central Nervous System» in Sensory Communication, ed. by W. A. Rosen-blith, The MIT Press and John Wiley and Sons, Inc., New York, pp. 303—317 (1961). (Теория связи в сенсорных си-стемах, стр. 463, Москва, «Мир», 1964.)

4. Wiersma С. A. G., «Coding and Decoding in the Nervous System», Engineering and Science, pp. 21—24 (October 1959).

5. Wiersma C. A. G., Waterman T. H., Bush В. M. H., «The Impulse Traffic in the Optic Nerve of Decapod Cru-stacea», Science, vol. 134, p. 1435 (1961).

4 Цепи автоматического регулирования в нервной системе

Регуляторные цепи, действующие без участия головного мозга

Как мы видели, обработка информации на низших уровнях нервной системы нередко ведет к преобразованию сенсорных сигналов в ту или иную форму, более «понятную» для организма, и тем самым упрощает задачу интерпретации ее головным мозгом. Головной мозг получает также помощь от других нервных центров в определении и регулировании реакций мышц и желез на входные сенсорные воздействия. Некоторые относительно простые цепи «стимул — реакция» фактически целиком находятся вне головного мозга. Это позволяет центральному вычислительному механизму полностью сосредоточиться на управлении более сложными процессами, требующими организации более высокого порядка; кроме того, короткие каналы связи часто обеспечивают более быструю реакцию на раздражитель. Отдергивание руки от огня может служить примером реакции, для осуществления которой, по-видимому, более целесообразны были бы местные механизмы. Именно такие механизмы здесь и используются!

Реакцию типа отдергивания руки от огня называют рефлекторным действием или просто рефлексом, что указывает на ее автоматический, непроизвольный характер. Существует много примеров рефлекторных действий. Нервные цепи некоторых из них детально изучены, и мы хорошо знаем, как они работают. Это относится, например, к общеизвестному коленному рефлексу — непроизвольному подбрасыванию ноги