Динамика иерархических систем: эволюционное представление - Николис Дж.
Скачать (прямая ссылка):
движение глаз). С другой стороны, стохастически регулярные ЭЭГ характерны
для дремлющего (релаксирующего) человека, сильно синхронизованные - для
эпилептика и в обоих случаях свидетельствуют о том, что мозг выступает в
роли процессора, плохо справляющегося с обработкой информации.
Согласно предложенной нами модели, смены поведения порождаются
бифуркациями, запускающими таламокортикальный нелинейный ритмоводитель
(осциллятор), который переключает режим с неустойчивого предельного цикла
на странный аттрактор, или, точнее, с перемежаемости на метастабильный
хаос и наоборот. Мы намереваемся показать, что характеристики ЭЭГ не
случайны, а неизбежны и даже необходимы и поэтому функционально значимы.
Информационный процессор (аналоговый или цифровой) представляет собой
когнитивное устройство, которое выявляет и отождествляет параметры
неизвестного сигнала, или "образа", обычно искаженного тепловым
(равновесным) шумом (белым или цветным, аддитивным или
мультипликативным). Для выполнения этой задачи процессор должен выполнить
три различные операции в такой последовательности.
а) Произвести "изнутри" самого себя широкий набор разнообразных
(пространственно-временных) образов ("шаблонов") .
б) Установить кросс-корреляцию (т. е. "сжать") каждый из этих образов с
поступающим сигналом (см. также разд. 7.2.4).
в) На основе заранее установленных критериев "проверки гипотез" или
"консенсуса" выбрать или отфильтровать образ, дающий наибольшую кросс-
корреляцию с неизвестным сигналом, или триггером. (Фильтрация обычно
нелинейна, чтобы создать и усилить контраст, который делает более четкими
контуры и тем упрощает распознавание. Селектирующая группа церебральных
нейронов (и машина "Ксерокс") действует именно так.
При слежении за сигналом существенное значение имеет измерение времени
живым организмом - так называемый "тайминг". [Простейшая следящая
система, используемая в технике связи, - это петля синхронизации по
фазе.] Это означает, что существование самоподдерживающихся нелинейных
диссипативных осцилляторов (т. е. элементов с притягивающим поведе-
Стохастичность: хаос и странные аттракторы
403
нием) на уровне "аппаратурной реализации" процессора является
предпосылкой когнитивной операции.
Функционально устойчивые осцилляторы в противоположность статичным
устройствам (типа переключателей с двумя состояниями "включено" -
"выключено") обладают рядом эволюционных преимуществ, а именно могут
служить (а) датчиками времени, (б) динамическим хранилищем информации
(динамической памятью) и при запуске с помощью очень простых
раздражителей выдавать (в) необычно широкий спектр сложных схем
поведения.
Наконец, осцилляторы, о которых идет речь, должны обладать
асимптотической устойчивостью: задачи восприятия и когнитивной
деятельности (сопряженные в силу синхронизации или сжатия с
диссипативными, т. е. необратимыми, процессами) не могут быть выполнены
гамильтоновыми (обратимыми) исполнительными подсистемами, хотя
гамильтоновы осцилляторы Дуффинга оказываются весьма эффективными при
переключении с одной схемы поведения на другую (этим и объясняется
универсальность так называемых генераторов ван дер Поля в технике связи).
Экономичность, несомненно играющая важную роль в борьбе за выживание,
требует, чтобы локально порождаемые динамические структуры/аттракторы
нашего процессора не существовали в "готовом виде", а возникали после
запроса (запуска поступающими извне стимулами) из некоторого "запаса"
динамических элементов в соответствии с некоторыми основополагающими
весьма простыми рекуррентными правилами (алгоритмами или "схемами")
комбинирования этих элементов.
Ниже мы приводим в общих чертах динамическую модель процессора,
действующего в нашем мозгу. Отдельные нейронные осцилляторы в коре
головного мозга образуют упомянутый выше запас динамических элементов. С
другой стороны, таламокортикальный осциллятор является адаптивным
элементом, выполняющим две различные операции.
а) Он выполняет функцию ритмоводителя, приводящую к образованию
внутренних синхронизованных, или когерентных (пространственно-временных),
нейронных структур. Обеспечивая когерентность таких нейронных групп,
ритмоводитель помогает им подниматься над уровнем окружающего теплового
шума и выделиться среди сосуществующих соседних нейронных образований за
короткие интервалы времени.
б) Он создает рекуррентные правила, управляющие последовательностью
появления этих когерентных структур в соответствии с некоторой
мультиплексной схемой с разделением времени.
404
Глава 6
6.5.3. Экспериментальные данные из исследований ЭЭГ
В последние годы очень большое число исследований (см. [6.23-6.26], там
же приведены ссылки на другие работы) было посвящено электрической
активности (человеческого) мозга, активности, как спонтанной, так и
стимулированной. Были выдвинуты гипотезы о механизмах и функциональной
значимости (если таковая существует) ЭЭГ. Следует особо подчеркнуть с
