Лекция по "Психофизиологии"

Межуровневые  связи. Описанные выше уровни в структуре индивидуальности существуют в тесном взаимодействии друг с другом. По утверждению В.С. Мерлина, между уровнями имеются не только одно-однозначные, но и много-многозначные связи, когда каждая характеристика одного уровня связана с многими характеристиками другого и наоборот. Б.Ф. Ломов понятие связи выдвигает на первый план, предлагая рассматривать индивидуальность как "систему многомерных и многоуровневых связей, охватывающих все совокупности условий и устойчивых факторов индивидуального развития отдельного человека". И это закономерно, поскольку понятие связи является ключевым для системных исследований. Предполагается, что системность объекта полнее всего раскрывается через его связи и их типологию. 
          Изучение межуровневых связей в структуре индивидуальности сопряжено с рядом проблем, и среди них, в первую очередь, определение их направленности и установление причинно-следственных отношений. Одним из широко распространенных в психофизиологии исследовательских приемов является установление связей путем вычисления корреляций между физиологическими характеристиками (например, параметры энцефалограммы) и психологическими (например, показатели умственного развития). В этом случае, как правило, говорят о поиске "коррелятов" психических функций и процессов на уровне биоэлектрической активности мозга. Исследования такого типа настолько распространены, что В.Б. Швырков выделил их в особое направление, назвав его "коррелятивной" психофизиологией. 
          Поиск коррелятов в большинстве случаев можно расценивать как своеобразный психофизиологический "пилотаж": результаты таких исследований, как правило, очерчивают зону для более углубленного поиска. Суть в том, что наличие корреляционной связи не дает основания для установления причинно-следственных отношений. Например, наличие значимого коэффициента корреляции между показателем интеллекта и параметром ЭЭГ не дает ответа на вопрос, за счет чего возникает такая связь: интеллект ли определяет характер энцефалограммы, или наоборот. Для ответа на подобный вопрос требуются иные приемы и способы анализа. 
          Методологически это решается путем анализа способов организации уровней. Большинство исследователей считают, что уровни в структуре индивидуальности организованы иерархически. 
          Понятие иерархии предусматривает расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему. При этом предполагается, что каждый вышележащий уровень наделен особыми полномочиями по отношению к нижележащим. Применительно к человеческой индивидуальности такое понимание иерархии требует установления отношений доминирования — подчинения и выделения управляющих и управляемых уровней. По этой логике психологический уровень, будучи вышележащим, выступает как управляющий по отношению к процессам, происходящим на нижележащих психофизиологическом, физиологическом и других уровнях. Следовательно, в приведенном выше примере именно интеллект должен определять параметры энцефалограммы. 
          Однако возможен и другой альтернативный принцип взаимодействия уровней — гетерархия, в соответствии с которым ни за одним из уровней не зафиксирована постоянная роль ведущего и допускается коалиционное объединение высших и низших уровней в единую систему действия. При этом считается возможным совместное или поочередное управление процессами, происходящими в живой системе на том или ином этапе ее жизнедеятельности. Применительно к индивидуальности человека это означает, что физиологический и психологический (а также все другие) уровни действуют в тесной взаимосвязи, определяя текущее состояние системы.

Значение системной  модели индивидуальности. Несмотря на видимую абстрактность изложенных представлений, они имеют реальное значение для теоретического обоснования психофизиологических исследований и интерпретации результатов. Выше были изложены современные представления о взаимоотношении психического и физиологического (см. п. 1.3.). Множество фактов свидетельствует о том, что между психическим и соматическим существуют причинно-следственные связи, которые имеют двухстороннюю направленность: психическое влияет на физиологическое и наоборот. 
          Подобная взаимосвязь приобретает логическую обоснованность в том случае, если рассматривать индивидуальность как систему (включающую физиологический, психологический и другие уровни) с гетерархическим типом межуровневого взаимодействия. Только при таком подходе получают объяснение феномены изменения физиологических показателей под влиянием психических изменений, и напротив, изменения в психике человека под влиянием воздействий на его тело. Некоторые из конкретных механизмов такого взаимосодействия изучены достаточно хорошо (см. тему 3). 
          Итак, целостность индивидуальности лежит в основе того факта, что любое воздействие (например, прием химического препарата, изменение атмосферного давления, шум на улице, неприятные известия и т.п.) хотя бы на один из уровней (биохимический, физиологический, психологический и др.) неизбежно приводит к откликам на всех других уровнях и изменяет текущее состояние организма человека, его психическое состояние, а, возможно, и поведение. Реализация принципа целостности обязывает исследователей рассматривать различные аспекты индивидуальности во всем многообразии их взаимосвязей и взаимодействия. 

1.4.3. Информационная парадигма

Практически одновременно с  внедрением системного подхода в  психофизиологию началась ее интенсивная  компьютеризация. Этот процесс имел далеко идущие последствия. Кроме технических  новшеств, выразившихся в возможности  резко расширять объемы экспериментальных  исследований и разнообразить способы  статистической обработки данных, она  привела к возникновению феномена "компьютерной метафоры".

Значение компьютерной метафоры. Смысл метафоры состоит в том, что человек рассматривается как активный преобразователь информации, и его главным аналогом считается компьютер. Значение метафоры в изучении психологических и мозговых механизмов переработки информации выходит за рамки удачной аналогии. Фактически она создала новые исходные посылки для изучения этих механизмов, заменив, по образному утверждению одного психолога, "представление об энергетическом обмене со средой на представление об информационном обмене". Этот шаг явился весьма прогрессивным, поскольку раннее в физиологических исследованиях основной упор делался на изучение энергетического обмена со средой.

Информационная  парадигма. Впервые в отечественной психологии понятие информации для изучения строения когнитивной сферы и анализа психофизиологической проблемы привлек Л.М. Веккер (1976). Он исходил из того, что психические процессы можно рассматривать как частные формы информации, и считал необходимым использовать кибернетический понятийный аппарат для построения единой теории психических процессов. По Веккеру, все виды образов — элементарные сенсорные, сенсорно-перцептивные, собственно перцептивные и вторичные (представления) — организованы в соответствии с иерархической матрицей частных форм пространственно-временного изоморфизма сигналов по отношению к источнику. Инвариантное воспроизведение в сигналах-образах пространственно-временной структуры их объектов и делает образы частной формой кодов. Л.М. Веккер полагал, что информационный подход может стать общей концептуальной основой для построения единой теории психических процессов, охватывающих разные уровни и формы их организации. 
          Фундаментальную разработку идеи информационного подхода получили в философских трудах Д.И. Дубровского (1986, 1990). Теоретические аспекты применения информационной парадигмы он не ограничивает изучением природы когнитивного функционирования. С его точки зрения, информационная парадигма приобретает определяющее значение в анализе психофизиологической проблемы. Он подчеркивает, что понятие информации, условно говоря, является двухмерным, поскольку фиксирует и содержание информации, и ее кодовую форму. Это дает возможность в едином концептуальном плане отразить и свойства содержания (семантические и прагматические аспекты информации), и свойства того материального носителя, в котором воплощена данная информация. Хотя информация не существует вне своего материального носителя, она всегда выступает в качестве его свойства и не зависит от субстратно-энергетических и пространственно-временных свойств своего носителя. Последнее обстоятельство позволяет некоторым исследователям говорить об "информационном снятии" психофизиологической проблемы (см. Хрестомат. 1.4).

Когнитивная психофизиология. Экспериментальное воплощение информационной парадигмы осуществляется в многочисленных исследованиях, выполненных в русле когнитивной психологии, которая изучает закономерности переработки информации человеком. 
          В той же логике действует направление, именуемое когнитивной психофизиологией, предметом исследования которого являются мозговые механизмы переработки информации. Принципиальным является тот факт, что информационный подход позволяет анализировать мозговые процессы и психические явления, т.е. явления двух разных уровней, в едином концептуальном плане. 
          Как известно, физиология ВНД оперирует такими понятиями, как временная связь, возбуждение, торможение и т.д. Они мало совместимы с психологическими категориями (такими как восприятие, память, мышление). Именно поэтому психофизиологический анализ на основе существующих физиологических понятий малопродуктивен. Использование терминов и понятий информационного подхода (например, сенсорный анализ, принятие решения и др.) применительно к физиологическим процессам открывает путь для более содержательной их интерпретации, ориентированной на выявление физиологических механизмов познавательной деятельности человека. 
          Последнее оказалось возможным благодаря появлению новых электрофизиологических методов, в первую очередь регистрации вызванных и событийно-связанных потенциалов. Эти методы позволили вплотную подойти к изучению физиологических механизмов отдельных стадий процесса переработки информации: сенсорного анализа, мобилизации внимания, формирования образа, извлечения эталонов памяти, принятия решения и т.д. Изучение временных параметров электрофизиологических реакций на стимулы разного типа и в различающихся условиях впервые сделало возможным хронометрирование, т.е. оценку длительности протекания отдельных стадий процесса переработки информации непосредственно на уровне мозгового субстрата. И как следствие возникла область исследований, получившая название "хронометрия процессов переработки информации". 
          Наряду с когнитивной психофизиологией, возник новый раздел нейробиологии — нейроинформатика. Как и когнитивная психофизиология, нейроинформатика фактически представляет приложение компьютерной метафоры для анализа механизмов переработки информации в мозге человека и животных. Она определяется как наука, изучающая теоретические принципы переработки информации в нейронных сетях мозга человека и животных. 

1.4.4. Межнейронное взаимодействие и  нейронные сети

В соответствии с системным  подходом объединения нейронов могут  приобретать свойства, которых нет  у отдельных нервных клеток. Поэтому  объединения нейронов и их свойства представляют особый предмет анализа  в нейро- и психофизиологии. Так, например, американский исследователь В. Маункасл предлагает в качестве своеобразной "единицы" нейрофизиологического обеспечения информационного процесса "элементарный модуль обработки информации" — колонку нейронов, настроенных на определенный параметр сигнала. Совокупность миниколонок, в каждой из которых представлен определенный параметр сигнала, образуют макроколонку, которая соответствует определенному участку внешнего пространства. Таким образом, для каждого участка внешнего мира осуществляется параллельный анализ свойств представленного там сигнала. 
          Предполагаемая роль межнейронного взаимодействия настолько значительна, что легла в основу представления об особой функциональной единице — "дендроне", который представляет морфофункциональную основу генерации "психона" — элементарной единицы психического. То и другое образование носит гипотетический характер, и представляет интерес постольку, поскольку отражает настоятельную потребность исследователей мозга в выделении сопоставимых физиологических и психологических единиц анализа.

Нейронная сеть. Важной единицей функциональной активности ЦНС считается элементарная нейронная сеть. Принципы кооперативного поведения нейронов в сети предполагают, что совокупность взаимосвязанных элементов обладает большими возможностями функциональных перестроек, т.е. на уровне нейронной сети происходит не только преобразование входной информации, но и оптимизация межнейронных отношений, приводящая к реализации требуемых функций информационно-управляющей системы. Одним из первых идею сетевого принципа в организации нейронов выдвинул Д. Хебб, позднее появились работы В. Мак-Каллоха и К. Питса, посвященные сетям формальных нейронов. 
          В отечественной психофизиологии начальным этапом в изучении нервных сетей явились работы Г.И. Полякова (1965), который с эволюционных позиций охарактеризовал принципы возникновения и функционирования нейронной сети, выделив элементарное координационное устройство как прототип сетевой "единицы".

Типы сетей. В настоящее время сетевой принцип в обеспечении процессов переработки информации получает все большее распространение. В основе этого направления лежат идеи о сетях нейроноподобных элементов, объединение которых порождает новые системные (эмерджентные) качества, не присущие отдельным элементам этой сети. 
          По характеру организации в нервной системе чаще всего выделяют три типа сетей: иерархические, локальные и дивергентные. Первые характеризуются свойствами конвергенции (несколько нейронов одного уровня контактируют с меньшим числом нейронов другого уровня) и дивергенции (нейрон нижележащего уровня контактирует с большим числом клеток вышележащего уровня). Благодаря этому информация может многократно фильтроваться и усиливаться. Наиболее характерен такой тип сетей для строения сенсорных и двигательных путей. Сенсорные системы организованы по принципу восходящей иерархии: информация поступает от низших центров к высшим. Двигательные, напротив, организованы по принципу нисходящей иерархии: из высших корковых центров команды поступают к исполнительным элементам (мышцам). Иерархические сети обеспечивают очень точную передачу информации, однако выключение хотя бы одного звена (в результате травмы) приводит к нарушению работы всей сети. 
          В локальных сетях поток информации удерживается в пределах одного иерархического уровня, оказывая на нейроны-мишени возбуждающее или тормозящее действие, что позволяет модулировать поток информации. Таким образом, нейроны локальных сетей действуют как своеобразные фильтры, отбирая и сохраняя нужную информацию. Предполагается, что подобные сети имеются на всех уровнях организации мозга. Сочетание локальных сетей с дивергентным или конвергентным типом передачи может расширять или сужать поток информации. 
          Дивергентные сети характеризуются наличием нейронов, которые, имея один вход, на выходе образуют контакты с множеством других нейронов. Таким путем эти сети могут влиять одновременно на активность множества элементов, которые при этом могут быть связаны с разными иерархическими уровнями. Являясь интегративными по принципу строения, эти сети, по-видимому, выполняют централизованную регуляцию и управление динамикой информационного процесса.

Векторная психофизиология. По мере развития представлений о строении и функционировании сетей разного типа наблюдается интеграция этих исследований и информационного подхода. Примером служит векторная психофизиология — новое направление, основанное на представлениях о векторном кодировании информации в нейронных сетях. Суть векторного кодирования в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения — комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. При этом ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвертирующих на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют. Например, выполненные в этой логике исследования цветового зрения человека показывает, что воспринимаемый цвет определяется направлением фиксированного четырехкомпонентного вектора возбуждения (Е.Н. Соколов, 1995). 
          Интенсивное развитие сетевые модели переработки информации получили в нейрокибернетике и так называемом коннекционизме. Высокий уровень абстракции и использование формального математического аппарата в этих моделях далеко не всегда опирается на реальное физиологическое содержание и в целом меняет плоскость анализа, переводя его из системы физиологических понятий в систему условных единиц с условными свойствами. Тем не менее, исследования в этой области продвигаются весьма успешно и порождают такие модели как, например, нейроинтеллект. 

1.4.5. Системный подход к проблеме "мозг  — психика"

Несмотря на то, что исследования проблемы "мозг — психика" с  позиций системного подхода стали  реальностью во второй половине ХХ в., идеи о функциональном единстве мозга и его связи с поведением и психикой начали возникать более 100 лет назад.

История проблемы. Уже в конце прошлого века, в основном в русле клинической неврологии, стали высказываться идеи о единстве функционирования частей мозга и связи этого единства с умственными возможностями человека. Так, например, Ф. Голтс (1881) утверждал, что местоположение ума следует искать во всех частях коры, точнее, во всех отделах мозга. Широкую известность получили проведенные в начале века эксперименты К. Лешли. Его концепция о структурной организации поведения основывалась на опытах, выполненных на крысах, в последние годы на обезьянах, а также на клинических наблюдениях. Он стойко придерживался взгляда, что в коре мозга нет такого поля, которое бы не принимало участия в осуществлении "интеллектуальных функций". 
          В отечественной науке одним из первых высказал идею системной организации мозга Л.С. Выготский. Еще в 1934 г. он писал:"...функция мозга как целого... представляет собой продукт интегральной деятельности расчлененных, дифференцированных и снова иерархически объединенных между собой функций отдельных участков мозга ..." и далее: "специфическая функция каждой особой межцентральной системы заключается прежде всего в обеспечении совершенно новой продуктивной, а не только тормозящей возбуждающей деятельности низших центров, формы сознательной деятельности." (цит. по: Выготский Л.С., 1982. Т. 1). 
          Следует подчеркнуть, что эти идеи были высказаны в то время, когда в исследованиях мозга безраздельно царила павловская физиология, сосредоточенная на изучении функциональных единиц поведения — рефлексов и их мозговой организации. Значительно преуспев в познании относительно элементарных процессов и функций, господствовавшая физиология столкнулась, однако, с чрезвычайными трудностями, обратившись к сложным формам поведения. Тем не менее аспект целостности функционирования мозга "отпугивал" большинство физиологов своим якобы "сверхъестественным" содержанием, навязанным идеями гештальтизма. В результате, как отмечает Н.Ю. Беленков (1980) целостность мозга как предмет исследования надолго ушла из поля зрения физиологии.