МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ МЕТАФОРА: ОБОСНОВАНИЕ

Рассмотрим сначала некоторые, экспериментальные факты о прин­ципах организации мозга. Различные участки головного мозга рабо­тают параллельно и относительно независимо друг от друга. Об этом свидетельствует прежде всего то, что при локальных пора­жениях оставшиеся незатронутыми районы продолжают нормально функционировать. Например, человек с тяжелыми нарушениями речи, возникшими после разрушения зоны Брока [19], может правильно узнавать окружающие предметы, читать и даже сочинять музыку [20].

Участки мозга специализированы. Помимо областей, ответствен­ных за управление изолированными движениями, за первичный анализ зрительной, слуховой и тактильной информации, в коре больших полушарий выделяются районы, которые выполняют весьма сложные интеллектуальные операции [21—25]. По крайней мере функционально зоны коры можно сопоставить с процессорами вы­числительных устройств. Посмотрим теперь, в какой мере эти зоны соответствуют представлениям о процессоре вычислительного устрой­ства, проделав сопоставления между свойствами зон коры и про­цессором по введенным выше характеристикам.

Необходимо заметить, что экспериментальный материал, с по­мощью которого обосновывается справедливость различных аспектов "многопроцессорной метафоры", конечно, неравнозначен по убеди­тельности. Несмотря на плодотворность нейропсихологического под­хода, экспериментальные методы зачастую слишком грубы, а выводы и интерпретации слишком произвольны. Поэтому постараемся ограни­читься наиболее хорошо установленными фактами, полученными при­знанными классиками нейропсихологии.

Собственная память. И нейропсихологические и нейрофизиологи­ческие данные ясно указывают на то, что большинство из участков коры мозга обладает своей собственной памятью. При локальных поражениях задних конвекситальных отделов коры больших полу­шарий всегда одновременно исчезают и возможность оперировать с информацией какой-то модальности, и ее следы [26]. Все по­пытки найти единый центр памяти неизменно терпели неудачу.

Аргументом в пользу существования центра памяти мог бы по­служить тот факт, что поражение ряда глубинных отделов мозга приводит к таким нарушениям внимания и управления общей актив­ностью мозга, которые делают эффективное запоминание невозмож­ным [27].  Но это никак не опровергает факта распределенности памяти по зонам. Действительно, для того чтобы запоминаемая^ информация зафиксировалась, необходимы два условия. Во-первых, соответствующий участок мозга должен находиться в режиме актив­ного запоминания достаточно долго. Во-вторых, в его деятельность (или в деятельность той его части, которая занята запоминанием информации) некоторое время не должны вмешиваться новые задания или потоки информации. Оба эти требования нарушаются при по- \ ражении глубинных управляющих структур мозга [28]. г     Собственная форма предоставления информации. В качестве пер-| вичного представления информации при зрительном восприятии исполь­зуется прямая проекция изображения на сетчатке в паттерн возбуж-\ дения четвертого слоя семнадцатого поля коры мозга по Брод-L-мдну. На следующем этапе обработки зрительной информации возбуж­дение отдельного нейрона уже означает наличие в его "поле зрения" информации в другом представлении (определенным образом odh­ентированной границы объекта, движущейся полосы и т.п.) [29]. / Чем дальше по коре мозга от сенсорных зон, тем более целостны^ семантически становится представление обрабатываемой информации Анализ нейропсихологических данных показывает, что участки мозга специализированы не столько на задачах, которые решаются, сколько на работе с той или иной формой представления входной информации. Опираясь на эту форму представления, каждый из них способен решать не одну, а целый спектр задач. Правда, такое понимание функций областей мозга нельзя считать общепринятым. По традиции, восходящей еще к прошлому веку, в нейропсихо­логии сохраняется тенденция закреплять зонами не формы пред­ставления, а целостные психические функции или хотя бы их отдель­ные элементы. Однако поражение одной и той же зоны мозга может привести к столь разным нарушениям, как потеря возмож­ности пользоваться географической картой, вести счет с переносом разрядов вправо или влево и понимать сложные грамматические конструкции [30]. Все эти функции объединяются лишь необходи­мостью использовать "квазипространственную форму" представления информации.

Ряд участков мозга, расположенных в основном в области зри­тельного анализатора, специализируются на работе с симультанными пространственно развернутыми формами представления знаний. С другой стороны, в области мозга, обычно занимающейся анализом акустических сигналов, могут решаться задачи, для которых необ­ходимо рассмотрение длинных временных рядов. Это различие со­ответствует хорошо известной декларативно-процедурной контраверзе в представлении знаний [10].

Возможность коммутироваться в различные конфигурации. Раз­личные по специализации участки мозга могут, по-разному коммути-руясь друг с другом, образовывать сложные функциональные системы [30, 31]. В зависимости от того, какой именно участок мозга раз­рушен, у больного наблюдаются различные формы нарушения восприятия,предметной деятельности или речи. С другой стороны, одна и та же зона коры, как правило, участвует в решении весьма различных макропсихологических задач. ^

Еще одной отличительной чертой высших психических процессов / человека является тот факт, что "локализация их в мозговой коре I не является устойчивой, постоянной, а меняется как в процессе/ развития ребенка, так и на последовательных этапах упражнения. Участие слуховых и зрительных зон коры, обязательное на ранних\ этапах формирования некоторой деятельности, перестает быть необ- \ ходимым на его поздних этапах, и та же деятельность начинает/ опираться на иную систему совместно работающих зон" [32].

Способ, которым осуществляется некоторое интеллектуальное дей­ствие^ соответственно локализация используемых для этого областей коры мозга даже у одного человека могут меняться в зависимости от того, какие еще задачи в этот момент необходимо решать мозгу [33].

Перепрограммируемость. Многие, если не большинство, зоны мозга "перепрограммируемы", точнее, могут перестраивать характер инфор­мационной деятельности как автономно, так и под действием сиг­налов, исходящих из других отделов. Оговоримся, что термины "программа" и "программирование" с известной осторожностью сле­дует применять к зонам мозга, которые, по-видимому, по принци­пам функционирования близки к аналоговым системам.

Ряд фактов говорит о том, что внутренняя структура этих зон, а вместе с ней и их функции изменяются не только в ходе эмбрионального развития и самообучения. Самым удивительным при­мером возможности передачи программы из одного участка в другой представляется перенос навыков и умений, например владения ино­странным языком, из одного полушария мозга в соответствующие его отделы другого полушария. Обучение идет не через внешнюю деятельность, а с использованием внутренних межзональных связей [34].

Входные и выходные дисплеи. Уже давно в мозгу человека и всех сколько-нибудь высокоорганизованных животных обнаружены многочисленные проекционные структуры. Только в зрительной коре некоторых ночных обезьян их насчитывается не менее девяти [35]. Попытаемся показать, что для участков мозга эти структуры выпол­няют функции входных и выходных дисплеев ЭВМ. Информация на проекционных структурах мозга представляется в пространст­венно развернутой форме — в виде мозаики (как правило, дву­мерной) из возбужденных и невозбужденных нейронов. Зрительные и соматосенсорные образы внешнего мира проецируются в мозг с сохранением их топологической структуры [36]. Так, возбуждение близко расположенных элементов сетчатки глаза приводит к возбуж­дению близко расположенных нейронов в проекционных областях зрительной коры, а прикосновение к соседним точкам кожи проеци­руется в возбуждение соседствующих групп нейронов в области мозга, специализированной на анализе соматосенсорной информации. Соматотопически организована и двигательная кора мозга. В слу­ховом анализаторе возбуждения близких районов соответствуют близким по высоте звукам [37].

К сожалению, внутренние формы представления информации в мозге практически не исследованы. Однако коммутация проекционных структур подобна коммутации в процессорах вычислительных устрой­ств. Возбуждение нейрона в какой-то точке выходной проекционной структуры свидетельствует о наличии определенного паттерна из возбужденных нейронов в соответствующей этой точке части входной проекционной экранной структуры. Выходные проекционные структуры одного участка (а их так же, как входных, может быть несколько) без топологических нарушений проецируются с помощью пучков нервных волокон на входные проекционные структуры других уча­стков. Обнаруживаются и встречные проекции, когда участок А смотрит на проекционную структуру участка В, а участок В — на одну из выходных проекционных структур участка А [38].

Участки мозга управляют не только своими выходными проек­ционными структурами, но и в какой-то мере вмешиваются в со­бытия, разыгрывающиеся на их входных проекционных структурах. Об этом ясно свидетельствует характер связи между слоями коры мозга, а также то, что мы способны вызывать перед своим мыслен­ным взором сенсорные образы объектов окружающего мира. Особенно яркими становятся эти идущие изнутри образы во сне и при гал­люцинациях.

В соответствии с развиваемыми в данной статье представлениями проекционные структуры предоставляют мозгу пространство, в ко­тором он разворачивает целый модельный мир, объекты которого для мозга сенсорно эквивалентны объектам окружающего мира [39—41]. Изложенное относится не только к объектам как тако­вым, но также к их свойствам и отношениям. В отличие от окружающего мира всем, что происходит во внутреннем модельном мире, мозг может оперировать непосредственно "силой мысли". Фрагменты внутреннего мира, созданные одними процессорами, ана­лизируются (в срезе, соответствующем их специализации) другими процессорами мозга.

Таким образом, наличие проекционных структур (внутренних дис­плеев) делает доступными мозгу не только имена объектов окру­жающего мира, но и в определенном смысле сами эти объекты. Именно поэтому мозг — это не просто устройство, перетасо­вывающее по некоторым правилам знаки, значение которых в ко­нечном итоге ему недоступно, а когнитивная система, предметно понимающая смысл той информации, с которой оперирует [42—48].

* * *

Итак, сопоставление зон коры с процессорами вычислительных устройств по свойствам, а архитектуры мозга в целом с архи­тектурой многопроцессорной вычислительной системы со специализи­рованными процессорами представляется достаточно убедительным.