Динамика иерархических систем: эволюционное представление - Николис Дж.
Скачать (прямая ссылка):
структуры на другую.
408
Глава 6
Наблюдаемую асимметрию мы интерпретируем как признак статистической
линейной корреляции (РцУ= 0), или марковости, между последовательными
выборочными значениями амплитуд ЭЭГ, т. е. между последовательными
синхронизованными нейронными состояниями, каждое из которых кодирует одну
сенсорную модальность. При такой линейной взаимозависимости центральная
предельная теорема не выполняется.
Предположим, наконец, что степень возбуждения восходящей ветви
ретикулярной формации или средняя скорость подачи информации возрастает
еще больше. Мы предполагаем, что в таких случаях процесс сканирования
кортикальных групп либо прекращается (осциллятор "гаснет"), либо скорость
сканирования возрастает в соответствии со степенью возбуждения. В пределе
мы можем считать, что все подгруппы кортикальных нейронов синхронизованы
одновременно, как это происходит при эпилептических припадках. Мы не
располагаем надежными экспериментальными данными, и у нас заведомо нет
надлежащей теории. Тем не менее последние численные эксперименты [6.29]
свидетельствует о том, что, когда связь между окружающей средой и
осциллятором с предельным циклом уже в хаотическом режиме становится
"надкритической", может произойти обратный переход от хаотического режима
к автоколебательному (с предельным циклом). (Такой же обратный переход
может происходить и под действием внешнего шума, см. разд. 6.5.5.)
Все эти указания имеют непосредственное отношение к возможному поведению
нашего таламокортикального ритмоводителя, который при интенсивном
(световом или акустическом) входном воздействии на основной частоте или
на частоте одной из гармоник может перейти из хаотического в строго
синхронизованный режим с такой большой амплитудой колебаний, что
позволяет распространить синхронизацию одновременно на большое число
кортикальных нейронов.
В заключение мы попытаемся оценить, почему когнитивная система может
находиться в хаотическом режиме, чтобы выполнить обработку сигналов более
эффективно. Ответ на наш вопрос лежит в двух областях: (а) времени и (б)
частоты.
а) Создавая марковское мультиплицирование с разделением времени, система
получает возможность разделять сенсорные модальности/аттракторы и
сопоставлять каждой из этих модальностей интервал времени при обработке,
соизмеримый с скоростью подачи сенсорных сигналов на вход.
б) "Турбулентный хаос" (неравновесный шум малой размерности) как способ
действия таламокортикального ритмоводителя при слабом возбуждении
содержит широкий спектр временных (и пространственных) частот. Он может
ограничивать
Стохастичность: хаос я странные аттракторы
409
"пятна" постсинаптических функциональных областей в коре и создавать
когерентные структуры, которые могут соответствовать широкому репертуару
поступающих пространственно-временных структур.
Если говорить конкретно, то когнитивная деятельность проявляется в коре
мозга как результат процесса установления соответствия между парами
пространственно-временных структур, каждая из которых содержит большое
число элементарных единиц (нейронов). В каждой паре одна структура (общая
для всех пар) есть та информация, которая неизвестна; она содержится в
приходящих входных сигналах и закодирована в них в виде
последовательности импульсов, идущих от периферической нервной системы,
либо (если информация поступает из других участков центральной нервной
системы) закодирована в последовательностях макромолекулярных
(нейромедиаторно-гормо-нальных) выбросов из пресинаптических окончаний.
Вторая структура в паре - это одна из структур/аттракторов, порождаемых
процессором; она является заранее хранимой пространственно-временной
"мозаикой", запечатленной в множестве частично синхронизованных
потенциалов постсинаптических мембран или пространственно-временной
структуры рецепторов постсинаптических мембран.
Связь, или кросс-корреляция, между двумя структурами в каждой паре
осуществляется динамически за счет обмена энергией между парами равных
или близких частот (со;, со;) обоих спектров и оценивается количественно
функцией когерентности
Ф,-(со)
cohi/(co) = -т=4=^, (6.5.13)
(€0) фу (СО)
где фгу (со)-кросс-спектр, а фг-(со), фу (со)-автоспектры структур,
образующих пару.
Результат кросс-корреляции по фазе и амплитуде определяет "степень
совпадения" ("узнавания") между поступающей структурой и структурой,
хранимой заранее, или между неизвестной и ожидаемой структурами. Какой
механизм в человеческом мозге решает, какая из функций когерентности
доминирует над остальными? По-видимому, таким механизмом снова является
ретикулярная формация: некоторые правдоподобные способы нелинейной
фильтрации были обсуждены в разд. 4.7.6.
В нашей модели мы приписали синхронизацию между индивидуальными
нейронными осцилляторами (и тем самым образованием аттракторов в коре
мозга) только таламокортикальной ритмоводительской активности.
Несомненно, существуют и другие, возможно, не менее важные, очень сложные
