Механизмы мозга - Дун

передней части гипоталамуса. В этот регуляторный центр сенсорные нервы посылают свои сообщения о физическом и химическом состоянии организма; на основе этих данных производятся необходимые вычисления, в результате которых устанавливается, следует ли повысить (или понизить) гормональную активность тех или иных эндокринных желез. Предполагается, что в системе нейронной памяти гипоталамуса содержится ряд программ для «машинного» управления — по одной для каждой из форм координированной работы эндокринной системы, соответствующих различным общим ситуациям (одна программа—для периода половой активности, другая — в случае опасности и т. д. ). Если наши представления о роли ретикулярной активирующей системы верны, то она должна действовать как группа выключателей, соединенных последовательно с вычислительными цепями гипоталамуса таким образом, что гипоталамус не может активировать какую-либо из своих программ управления железами, если цепь соответствующего «выключателя» ретикулярной системы не замкнута.

Рассмотрим некоторые лабораторные эксперименты, проведенные на кошках и крольчихах. Весьма вероятно, что при манипуляциях с различными частями тела подопытного животного программа управления железами, активируемая системой «ретикулярная формация — гипоталламус — гипофиз», будет программой стресса («реакция напряжения»). При стрессе гипофиз выдедяет в кровь АКТГ. Этот гормон стимулирует эндокринную активность надпочечников, которые в свою очередь настраивают работу различных органов тела так, чтобы они лучше справлялись с особыми задачами, возникающими в условиях стресса. Если самка не находится в состоянии течки, то раздражение половых органов, как и любой другой вид резкого воздействия на организм, приведет только к стресс-реакции. Но если у животного наступила течка — в ходе нормального полового цикла или после инъекции соответствующих гормонов,—такого рода раздражение дает совершенно иной результат. При этих и только при этих условиях электрод, введенный в ретикулярную активирующую систему среднего мозга, зарегистрирует характерную электрическую активность при стимуляции рецепторов влагалища. Эта электрическая активность в ретикулярной системе будет сопровождаться электрическими явлениями в передней части гипоталамуса, которые тоже можно наблюдать в эксперименте. Химический эффект состоит в том, что гипофиз выделяет вещество, называемое гонадотропным гормоном, которое, попадая в яичники, вызывает овуляцию и тем самым завершает процесс подготовки к осуществлению важной функции размножения.

Здесь можно усмотреть близкую аналогию с автоматическим изменением программы управления снарядом. В управляемом снаряде переход от одного типа поведения к другому вызывается появлением на входе радиолокационного сигнала от цели. У животного изменение в характере поведения определяется входным сигналом от хеморецепторов, указывающим на присутствие в крови гормона, вызывающего течку. Решающая роль ретикулярной активирующей системы в выборе реакции подтверждается в данном случае тем, что после повреждения надлежащих участков ретикулярной формации овуляции при описанных нами обстоятельствах не происходит, хотя механизм гипофиза и переднего отдела гипоталамуса сохраняет способность к действию и его можно непосредственно стимулировать, вызывая овуляцию. Повреждение ретикулярной формации выводит из строя механизм «выбора программы», который в обычных условиях определяет, каким должен быть ответ организма на данную физиологическую ситуацию.

В прежние годы, когда о функции головного мозга было известно меньше, мозг часто сравнивали с центральной телефонной станцией. Его описывали как устройство, принимающее множество различных «вызовов» от разнообразных органов чувств, сортирующее их и «соединяющее» каждый рецептор с эфферентной линией, ведущей к той мышце или железе, которая должна быть приведена в действие соответствующей сенсорной информацией. Наши современные знания о головном мозге уже не позволяют нам довольствоваться такими поверхностными аналогиями. Однако, пожалуй, есть некоторый смысл сохранить эту старую аналогию в отношении ретикулярной активирующей системы, а не мозга в целом. Если мы отнесем к функциям центральной переключательной станции решение вопроса об относительной важности «вызовов» — вопроса о том, какие из приходящих нервных сигналов следует усиливать и передавать по назначению и какие следует ослаблять до минимума, игнорировать или заставлять ждать своей очереди,— то мы, по-видимому, получим довольно верную картину работы ретикулярной активирующей системы. Выбранные нами примеры должны были показать, что ретикулярная система участвует в регуляции весьма разнообразных мышечных и секреторных реакций организма. Она, очевидно, обеспечивает выбор нужных реакций из множества различных «программ поведения», хранящихся в головном мозгу, и предотвращает хаотическую, нерегулируемую конкуренцию разнообразных антагонистических реакций, которая могла бы возникнуть в противном случае.

Машинообразный характер автоматических механизмов головного мозга

Мы уделили значительное внимание автоматическим управляющим цепям головного мозга, поскольку избрали подход, при котором некоторые свойства мозга анализируются с точки зрения специалиста по автоматике. Мы сознательно стремимся рассмотреть сначала те свойства человеческого мозга, которые кажутся наиболее близкими к хорошо знакомым техническим принципам. Описанные цепи именно таковы. То, что в организме непрерывно действует несколько тысяч таких систем, весьма возможно, произведет на специалиста по автоматике большое впечатление, но сама природа выполняемых ими операций вряд ли приведет его в благоговейный трепет. Управляющие системы с обратной связью, использующие электрические сигналы о физических параметрах того или иного процесса для выработки двигательных команд, которые приводят эти параметры к желаемым стандартным значениям,— для него не новость. Известны ему и системы с заложенными в них программами, на основе которых выходные устройства выполняют заранее запланированные сложные действия. Инженер знает, как составлять сочетания различных элементов цепи для достижения этой цели. Располагая необходимыми входными (сенсорными) и выходными (двигательными) устройствами, он может конструировать свои схемы так, чтобы они, подобно центральной нервной системе, целиком состояли из множества надлежащим образом соединенных простых элементов. При современном состоянии техники конструктор использовал бы для реализации необходимых вычислительных и управляющих функций электронные двухпозиционные переключатели. Нейроны центральной нервной системы определенно обладают свойствами, которые были бы нужны конструктору для моделирования рефлекторных управляющих систем живой природы; вероятно, они обладают также рядом других свойств, которые были бы очень полезны для конструктора, если бы его теория была уже столь развита, что он мог бы ими воспользоваться.

Таким образом, специалисту по автоматике многое в природных автоматических управляющих системах должно показаться знакомым. Он должен увидеть здесь множество параллельных управляющих цепей с постоянными связями, схема которых, очевидно. детерминирована генами, определяющими строение эмбриона. Даже размеры и сложность этих постоянных, параллельно действующих вычислительных подсистем в действительности не должны казаться нам непостижимыми: ведь в головном мозге человека содержится около 10 миллиардов нейронов, тогда как в самых сложных вычислительных машинах - всего лишь десятки тысяч электронных двух-позиционных переключателей. Имея в своем распоряжении 10 миллиардов элементов, инженер тоже смог труировать вычислительную машину, обладающую внушительными способностями.

Есть еще одна причина для особого внимания к автоматическим управляющим функциям центральной нервной системы. Именно они являются действительно важными функциями головного мозга. Они охраняют жизнь и здоровье организма. Только с узкой точки зрения сознательное мышление и так называемая умственная деятельность имеют большое значение. Это