Психофизиология сознания

Введение. 
 
Сознание всегда являлось одним из наиболее дискуссионных понятий на стыке психологии и философии. Наряду с этим многочисленные данные позволяют выделять особый психофизиологический аспект проблемы сознания. Очевидно, что индивидуальное сознание человека неразрывно связано с объективными мозговыми процессами. Задача заключается в том, чтобы установить, какие материальные процессы мозга порождают сознание. Решение этой проблемы сопряжено с большими теоретическими трудностями. 
Например, почему в сознании не отражается «работа самого мозга», за счет каких механизмов мозг воспринимает и анализирует не свою деятельность (передачу возбуждения из одних отделов в другие), а лишь ее результативную сторону в виде картины объективной действительности и субъективных переживаний человека? Эти и многие другие вопросы пока остаются без ответа, тем не менее уже сложились представления, объясняющие некоторые физиологические механизмы сознания. 
Сознание - высшая форма отражения действительного мира; свойственная только людям и связанная с речью функция мозга, заключающаяся в обобщенном и целенаправленном отражении действительности, в предварительном мысленном построении действий и предвидении их результатов, в разумном регулировании и самоконтролировании поведения человека. “Ядром” сознания, способом его существования является знание. 
Сознание принадлежит субъекту, человеку, а не окружающему миру. Но содержанием сознания, содержанием мыслей человека является этот мир, те или иные его стороны, связи, законы. Поэтому сознание можно охарактеризовать как субъективный образ объективного мира.

1.1 Сознание как психофизиологический феномен.

Проблема сознания имеет явно выраженный междисциплинарный  характер. Тем не менее многочисленные данные позволяют выделять особый психофизиологический аспект проблемы сознания. Его содержание составляет объективная феноменология  состояний сознания, их динамики под  воздействием различных внешних  и внутренних факторов и отражение  этой динамики в показателях телесного  функционирования. 
          Не вызывает сомнения тот факт, что индивидуальное сознание человека неразрывно связано с материальными процессами, протекающими в организме человека, в первую очередь в ЦНС и головном мозге. Проблема заключается в том, чтобы установить, какие именно материальные процессы, механизмы и состояния мозга лежат в основе сознания. Решение этой проблемы сопряжено с большими теоретическими, методологическими и методическими трудностями. И главная причина в том, что в изучении мозговых механизмов психики человека до сих пор существует целый ряд принципиальных проблем, не имеющих даже приблизительного объяснения. 
          Один из наиболее существенных вопросов состоит в следующем, почему в сознании не отражается "работа самого мозга"? Известно, например, что рецепторы в сенсорных системах человека обладают очень высокой чувствительностью, которая позволяет реагировать на неизмеримо малые раздражители. Утверждают, например, что звуковой тон частотой 2000 Гц может быть воспринят, когда амплитуда движений частиц воздуха у барабанной перепонки не превышает диаметра молекулы водорода. Почему при таких удивительных возможностях слухового анализатора мы не "слышим", как работает мозг? Есть еще один неразрешимый в настоящий момент вопрос. Благодаря какому гипотетическому механизму мозг, воспринимая информацию, передавая ее по проводящим путям, анализируя эту информацию, представляет в сознание не свою деятельность (передачу возбуждения из одних отделов в другие), а лишь ее результативную сторону в виде картины объективной действительности и субъективных переживаний человека? 
          Постижение нейрофизиологических основ сознания невозможно до тех пор, пока не будут найдены ответы на эти и многие другие вопросы. Тем не менее эмпирические исследования и клинические наблюдения позволяют сформулировать некоторые представления о физиологических основах сознания. 

1.2 Психофизиологический подход к определению сознания

Единого общепринятого  определения сознания в психологии и психофизиологии не существует. В большинстве случаев сознание определяют через функции, которые  оно выполняет. Например, нейрофизиолог  Х. Дельгадо, автор широко известной  книги "Мозг и сознание", представлял  сознание как организованную группу процессов в нервной ткани, возникающих  немедленно на предшествующие интрапсихические (вызванные внутренними причинами) или экстрапсихические (вызванные  внешними причинами) процессы. Эта группа нервных процессов, т.е. сознание, воспринимает, классифицирует, трансформирует и координирует вызвавшие его процессы с целью  начать действие на основе предвидения  его последствий и в зависимости  от наличной информации. 
          В других определениях подчеркиваются системность сознания, комплексность выполняемых им функций, связь с памятью (прошлым и будущим человека), привязанность к мозговому субстрату. П.В. Симонов (1987), например, особо выделяет коммуникативный аспект сознания, определяя его как оперирование знанием, способность к направленной передаче информации от одного лица к другому. 
          Однако для понимания физиологической природы сознания большее значение имеют существующие представления о механизмах, лежащих в основе функциональных состояний, и в первую очередь концепция уровней бодрствования (см. тему 3).

Сознание  и уровни бодрствования. При анализе сознания как психофизиологического феномена необходимо четко различать два его аспекта. Во-первых, сознанию соответствует определенный диапазон в существующем континууме "сон-бодрствование". Известно, что при сильном снижении уровня бодрствования развивается состояние, которое определяется как кома ("без сознания"). Очевидно также, что при относительно низких уровнях бодрствования, например во сне, сознание в полном объеме своих функций не выявляется. Именно поэтому сон предлагается квалифицировать как измененное состояние сознания. Физиологическим условием проявления сознания служит состояние пассивного и активного бодрствования. 
          Во-вторых, в качестве самостоятельной характеристики предлагается выделять содержание сознания. Последнее непосредственно связано с психическим отражением и выполняет все функции, перечисленные в определении, данном выше. 
          Очевидно, что обе стороны сознания тесно связаны между собой. Так, при пробуждении ото сна, по мере возрастания уровня бодрствования содержание сознания становится все более насыщенным. В то же время при очень сильном эмоциональном напряжении, когда уровень бодрствования достигает наиболее высоких значений, содержание сознания начинает страдать, происходит его своеобразное "сужение". Наконец, существует словосочетание "ясное сознание", т.е. такое состояние, когда человек свободно реализует все перечисленные выше функции сознания, и принятые им решения наиболее осознанны. Есть все основания полагать, что этому соответствует особый уровень возбуждения коры больших полушарий, который именуется оптимальным. 
          Итак, в психофизиологии сознание понимается, в первую очередь, как особое состояние мозга, при котором только и возможна реализация высших психических функций. Другими словами сознание — это специфическое состояние мозга, позволяющее осуществлять определенные когнитивные операции. Выход из этого состояния приводит к выключению высших психических функций при сохранении механизмов жизнеобеспечения.

Сознание  и внимание. Классик экспериментальной психологии Э.Б. Титченер определял внимание как "способность и возможность концентрировать сознание". Он выделял два уровня сознания, из который "верхний слой" относил к зоне ясного видения, а "нижний" — к зоне смутного. Сходным образом определял внимание С.Л. Рубинштейн: "поле нашего сознания не плоскостно. Часть сознаваемого выступает на передний план в виде "фигуры" на отступающем и стушевывающемся фоне". И в когнитивной психологии внимание определяется как направленность деятельности по переработке информации на ограниченную часть "входа", при этом существует предвнимание, представляющее "деятельность за пределами основного потока информации" (Найсер). Таким образом, избирательное внимание в психологии всегда связывалось с ограничением сознания. 
          Физиологически избирательное внимание проявляется в локальной активации (повышенной возбудимости) определенных участков коры в сочетании с более или менее выраженным торможением остальных областей коры больших полушарий. В зависимости от характера деятельности зона повышенной активации может перемещаться по коре больших полушарий. По некоторым данным, наиболее высокому уровню сознания и избирательного внимания соответствует локализация очага повышенной активации в левой фронтальной области, а наиболее низкому — в правой затылочной. Таким образом, локальная активация коры больших полушарий при осуществлении сознательной деятельности имеет динамический характер, определяемый сигнальной значимостью действующих раздражителей и характером выполняемой деятельности (Костандов, 1983).

Нейрофизиологические  основы сознания. И.П. Павлов образно представлял сознание как перемещающуюся по коре зону повышенной возбудимости — "светлое пятно сознания" на темном фоне остальной коры. В настоящее время согласно данным, полученным с использованием метода ПЭТ-томографии, зона локальной активации действительно имеет вид светлого пятна на темном фоне. 
          Современным аналогом представлений Павлова можно считать теорию "прожектора" (Crick). Решающая роль в ней отводится таламусу, именно он направляет поток возбуждения в кору больших полушарий. Причем процесс осуществляется таким образом, что в каждый данный момент времени только один из таламических центров находится в состоянии возбуждения, достаточном для создания в коре зоны повышенной возбудимости. Период такой высокой возбудимости длится около 100 мс, а затем усиленный неспецифическим таламическим возбуждением приток импульсов поступает к другому отделу коры. Область наиболее мощной импульсации создает центр внимания, а благодаря постоянным перемещениям потока возбуждения по другим участкам коры, становится возможным их объединение в единую систему. 
          В качестве предполагаемого механизма, связывающего нейроны в единую систему, Крик рассматривает появление у них синхронизированных разрядов с частотой в гамма-диапазоне 35-70 Гц. Синхронизация нейронной активности является механизмом объединения клеток в ансамбль. Таким образом, согласно теории Крика, нейронные процессы, оказывающиеся в центре гипотетического "луча прожектора", определяют содержание нашего сознания в текущий момент времени, а функцию управления лучом прожектора выполняет таламус, создавая в разных зонах коры длящееся около 100 мс неспецифическое возбуждение (локальную активацию). 
           По описанным выше представлениям возникновение сознания становится возможным только при достижении определенного уровня возбуждения коры больших полушарий. Идея порога возбуждения как условия возникновения сознания, не может, однако, объяснить многие аспекты функционирования сознания. По этой причине еще в 80-е гг. был предложен другой нейрофизиологический механизм возникновения сознания, получивший название теории повторного входа (Эделмен). В этой теории в качестве центрального механизма возникновения сознания рассматривается механизм повторного входа возбуждения. Имеется в виду, что возбуждение, возникшее в группе нейронов первичной зоны коры, возвращается в ту же нейронную группу после дополнительной обработки информации в других нервных центрах или поступления новой информации из внешней среды, а также из долговременной памяти. Этот повторный вход дает возможность сопоставлять имевшиеся раньше сведения с изменениями, которые произошли в течение одного цикла обработки информации. Объединение двух потоков информации (первичного и вторичного) составляет один цикл или повторяющуюся фазу активности сознания. Прохождение одного цикла возбуждения осуществляется за 100-150 мс. Повторяющиеся циклы создают нейрофизиологическую "канву" сознания. 
          Представления Дж. Эделмена получили дальнейшее развитие, в частности, в концепции А.М. Иваницкого (1997). Центральное место в этой концепции занимает понятие информационного синтеза, предусматривающее объединение информации о физических и семантических особенностях стимула. Информация о физических свойствах стимула поступает по сенсорно-специфическим путям, а информация о значимости стимула извлекается из памяти. Синтез этих двух видов информации (текущей и извлекаемой из памяти) обеспечивает возникновение ощущения. Этот процесс осуществляется с периодом квантования приблизительно в 100-180 мс. Опознание стимула происходит с участием лобных областей мозга, приблизительно через 300 мс от момента предъявления. Последовательное поступление информации от рецепторов приводит к повторному движению возбуждения по указанному кольцу, обеспечивая постоянное сопоставление сигналов, приходящих из внешней и внутренней .

В последнее время  при обсуждении нейрофизиологических основ сознания большое внимание уделяется высокочастотной биоэлектрической активности мозга (Данилова, 1998). Ведущая роль в возникновении сознания приписывается высокочастотным составляющим спектра ЭЭГ в диапазоне от 35 Гц до 120 Гц. Сознание определяют как продукт синхронизации нейронной активности в указанном частотном диапазоне. Предполагается, что когерентная электрическая активность достаточно большого числа нейронов создает необходимое и достаточное условие для явления сознания даже в отсутствии сенсорной стимуляции, как, например, во сне. 
          В этом контексте большое значение приобретает временная последовательность, объединяющая активность множества нейронов в единый пространственно-временной паттерн. Принцип "временного связывания" элементарных символов (нейронов) в более сложные структуры на основе корреляции их сигналов во времени рассматривается как основополагающий. Причем особое значение придается частоте 40 Гц, которая оптимальным образом обеспечивает синхронизацию импульсной активности нейронов, участвующих в образовании образов и поддержании сознания. 
          В заключении следует отметить, что приведенные выше представления о нейрофизиологических механизмах сознания отнюдь не исчерпывают всего многообразия в изучении этой проблемы (см. Данилова, 1998). Тем не менее они весьма иллюстративны в своем многообразии, выдвигая на первый план разные нейрофизиологические механизмы: перемещение по коре фокуса повышенной возбудимости, возврат возбуждения и синхронизацию высокочастотной активности нейронов. 

1.3 Физиологические условия осознания раздражителей.

Мозг человека постоянно  подвергается множеству воздействий. Однако осознается лишь незначительная их часть, и еще меньшая оказывается  в фокусе внимания. Предполагается, что за осознанное восприятие значимых для субъекта раздражителей отвечает особый нервный механизм, осуществляющий интеграцию и координацию нейронной  активности различных участков коры больших полушарий и подкорковых структур. При этом подобный механизм не допускает до уровня сознания множество стимулов, вызывающих только кратковременную активацию коры, которой недостаточно для их осознания. 
          Возникает вопрос, при каких нейрофизиологических условиях происходит осознание сенсорных воздействий.

Параметры стимула. Одним из главных условий осознания стимула является его интенсивность. Кратковременный, но сильный раздражитель всегда проникает в сознание (например, удар грома). Слабые раздражители при кратковременном воздействии остаются неосознанными. Условием их осознания является длительность предъявления. При этом наблюдается своеобразный эффект накопления или суммации: чем дольше воздействует слабый стимул, тем более вероятной становится возможность его осознания. Таким образом, слабые и очень кратковременные раздражители не осознаются, если нет дополнительных условий для их усиления.

Активационная "поддержка". Предполагается, что физиологической основой осознания стимула является уровень активации, возникающий в результате воздействия этого стимула. При слабых интенсивностях раздражителя он недостаточен для осознания. Однако возможно усиление фона, на котором осуществляется восприятие за счет других условий. Если уровень активации структур мозга повышен, то восприятие даже слабого стимула становится более вероятным. Другими словами дополнительной возможностью для осознания даже слабых раздражителей является усиление активирующего эффекта информации с помощью дополнительных факторов, которые являются своеобразными катализаторами процесса осознания. 
          Эти факторы играют роль "поддержки". Выделяют два наиболее значимых вида "поддержки": мотивационно-аффективный и ассоциативный. Подразумевается, что при их включении дополнительно к сенсорной активации присоединяется активация, вызванная деятельностью эмоциональных и ассоциативных центров, связанных с памятью. Другими словами слабые стимулы с большей вероятностью будут опознаны, если они являются эмоционально значимыми для человека или связаны с каким-то предшествующим опытом. 
          Таким образом, перевод неосознаваемой информации в сферу сознания обеспечивается взаимодействием по крайней мере трех звеньев: специфического сенсорного, мотивационно - аффективного и ассоциативного. Возможности осознания стимула в конкретном случае зависят от степени актуализации каждого звена и их соотношения.

Нейронные механизмы осознанного восприятия. Перечисленные выше факторы дают представление об условиях, способствующих осознанию слабых раздражителей, действующих на уровне мозга как целого. Для понимания нейронных механизмов, лежащих в основе осознанного восприятия, особый интерес представляют модели Е.Н. Соколова (1996) и Р. Наатанена (1998). 
          В модели Е.Н. Соколова механизм возникновения субъективного образа связан с активацией гностических нейронов, которые расположены на вершине пирамиды, образуемой нейронами-детекторами, осуществляющими выделение отдельных признаков объекта (см. тему 5 п. 5.2). Возбуждения, поступающие из таламуса, сначала достигают нейронов-детекторов отдельных признаков, образуя своеобразные карты, или экраны, возбуждения. При этом элементарный признак вызывает максимум возбуждения в отдельной точке этого гипотетического экрана. На другом уровне пирамиды находятся комплексные признаки, которые образованы комбинациями элементарных признаков, они представлены в виде максимумов возбуждения на картах сложных детекторов. Как полагает Е.Н. Соколов, необходимым условием каждого осознанного восприятия является активация пирамиды гештальта, которая возникает при поступлении активирующих влияний из модулирующих систем мозга. Такая активированная гештальт-пирамида иерархически организованных нейронов представляет базисный механизм актов сознания. 
          В соответствии с моделью Р. Наатанена, сенсорные процессы как таковые не обеспечивают осознанного восприятия, они образуют только его сенсорно-информационный базис, или содержание. Возникнет "осознанный образ восприятия" или нет, зависит от сенсорных свойств стимула, вызывающих внимание. Предполагается, что помимо системы детекторов признаков, сенсорный вход одновременно активизирует также другую функциональную систему — систему сенсорного анализа, избирательно чувствительную только к появлению или исчезновению энергии стимула. 
          Речь идет о системе так называемых детекторов переходных процессов, определяющих наличие сенсорных событий, независимо от их качественных особенностей. Именно эта система будет превращать субъективно неощущаемые сенсорные события в факт осознанного восприятия, но только в тех случаях, когда реакция, вызванная стимулом в системе детекторов переходных процессов, превысит некоторый порог. Таким образом, согласно модели, осознанное восприятие возникает только в том случае, когда уровень возбуждения системы детекторов переходных процессов достаточен, чтобы активизировать исполнительский механизм, задача которого анализировать информацию, поступающую от детекторов существенных признаков. 
          Из этого следует, что паттерн активации системы детекторов признаков, закодированный в механизме сенсорной памяти, вступает в контакт с семантической информацией, хранящейся в долговременной памяти, и может, следовательно, обеспечить условия для осознанного восприятия в виде, например, акустического образа хорошо знакомого звукового сигнала. 
          Семантическая активация, однако, далеко не всегда сопровождается возникновением осознаваемого образа. Другими словами, сенсорные и семантические процессы имеют собственные пороги активации, отличные от порога активации системы детекторов переходных процессов, обеспечивающей осознанное восприятие. Существованием собственных порогов сенсорной и семантической активации, которые ниже порогов осознанного восприятия, можно объяснить данные о наличии своеобразного "подпорогового" возбуждения, вызываемого стимулами, которые не обнаруживаются на поведенческом уровне. 
          Сходным образом существование таких дифференциальных порогов может объяснять те факты, что пациенты с определенным поражением мозга способны руководствоваться сенсорной информацией, но не осознавать ее. Этот феномен получил название "слепого взора", поскольку фиксирует возможность зрительного различения без осознания. 
          Согласно вышеизложенному, "путь" сенсорных сигналов из области неосознаваемых ощущений к осознанию образа восприятия включает этап подключения внимания к сенсорной памяти. Более того, сигнал активации внимания, генерируемый механизмом детекторов переходных процессов, варьирует во времени и вызывает переключение внимания только в том случае, когда его величина превысит некоторый порог. По-видимому, этот порог оказывается достаточно низким в ситуации предвосхищения, когда внимание заранее антиципирующим образом направлено на стимул.