Начало >> Статьи >> Архивы >> Неопределенность в нервной системе

Неопределенность в нервной системе

Оглавление
Неопределенность в нервной системе
История аналогов нервной системы
Центральная нервная система как телефонная станция
Самоуправляющиеся системы
Универсальные вычислительные машины
Каналы с шумом
Вероятность в периферических системах
Вероятность и сенсорные нейроны
Непроизвольные движения глаз; физиологический нистагм
Методы статистического анализа
Анализ двоичных записей
Средняя частота
Кросскорреляционная функция и постстимуляционная гистограмма
Анализ интервалов
Автокорреляционная функция
Синхронная машинная обработка данных
Неустойчивость случайных нервных сетей
Случайные сети в нервной системе
Неустойчивость нервных сетей
Функция случайных сетей в нервной системе
Мозг в целом, рассматриваемый как нервная сеть
Мера предсказуемости
Неопределенная реакция корковых нейронов
Пространственное представительство внешней среды
Временное представительство внешней среды
Универсальный и специфический коды
Оптические иллюзии
Телеологический подход к проблеме кодирования сенсорной информации
Передача информации в мозгу
Устойчивость корковых нейронов
Теория обучающихся машин
Ценность теоретических моделей
Свидетельства длительных изменений синаптической проводимости в центральной нервной системе
Прямое измерение синаптического сопротивления
Дальнейшие шаги
Другие перспективные методики
Более простые нервные системы
Культура нервной ткани
Заключительные замечания

Б. БЕРНС
Неопределенность в нервной системе
Перевод с английского Я. Ю. Алексеенко
Под редакцией и с предисловием чл.-корр. АН СССР Э. А. АСРАТЯНА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» МОСКВА 1969

Автор книги — один из крупнейших современных специалистов в области физиологии мозга. Его книга представляет собой глубокое теоретическое обобщение законов, управляющих деятельностью нервной системы, основанное на анализе классических и новейших данных об активности нейронов, о саморегулирующихся живых системах и о вероятностных принципах работы нервных сетей. Большое внимание уделено нейрофизиологическим основам условных рефлексов и памяти. Книга написана прекрасным языком и очень хорошо иллюстрирована.
Предназначена для физиологов, психологов, врачей, а также для инженеров и математиков, занимающихся проблемами физиологии.
Редакция биологической литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

С возникновением и развитием электрофизиологии нейрона существенно усложнились наши представления о механизмах деятельности центральной нервной системы. Накопленные данные требуют обобщения, и потому нейрофизиология остро нуждается в теории, которая учитывала бы известные в настоящее время функциональные характеристики нервной клетки. Этой задаче служит предлагаемая читателю книга, которую можно считать событием в нейрофизиологической литературе последних лет. Автор ее — крупный английский нейрофизиолог Б. Бернс — широко известен своими исследованиями функциональной нейронной организации коры больших полушарий, проводимыми на так называемой «изолированной полоске» коры; результаты этих исследований обобщены им в монографии «Кора большого мозга млекопитающих» («Mammalian cortex»), вышедшей в 1958 г.
Новая книга Б. Бернса «Неопределенность в нервной системе» представляет собой глубокое обобщение большого фактического материала, полученного как автором и его сотрудниками, так и другими современными исследователями, и посвященное тому, что автор называет современными достижениями «статистической нейрофизиологии». Этот новый подход к центральным нервным процессам стал возможен, как показывает Бернс, благодаря развитию микроэлектродной техники и использованию электронных вычислительных устройств.


В свою очередь такой подход и сам дал толчок к применению новых методов исследования и приемов статистического анализа, а также породил принципиально новые представления о механизмах нервной деятельности. Несмотря на некоторые недостатки и ограничения, статистическая нейрофизиология уже позволила в какой-то степени приблизиться— о чем свидетельствует и предлагаемая книга — к пониманию того, как работают отдельные нейроны и совокупности нейронов, образующих нервные сети.
На протяжении всей книги автор последовательно развивает и обосновывает представление о вероятностном, стохастическом принципе нейронной активности бодрствующего головного мозга при различных видах его деятельности вплоть до обучения. Вероятностная, или неопределенная, природа детерминированной активности нервной системы означает, что ряд одинаковых стимулов не вызывает ответа одних и тех же нейронов или ряда одинаковых ответов одного и того же нейрона. Отсюда следует принципиальная непредсказуемость поведения отдельных нейронов, идущая вразрез со старыми представлениями, которые были основаны на данных, получаемых с помощью макроэлектродов, и на изучении суммарных реакций совокупностей нервных клеток. Зависимость между стимулом и ответом должна поэтому выражаться в форме вероятности появления данного ответа. В применении к процессу выработки условного рефлекса это означает, как справедливо' считает Б. Бернс, что условнорефлекторно формируется не активность определенных нервных элементов, а общая картина, общая организация возбуждения.
В книге убедительно показано, что стохастический принцип активности центральной нервной системы необходим для осуществления ее нормальной функции.
С наличием случайных нервных сетей связана функциональная избыточность элементов и связей в головном мозгу, выражающаяся в том, что многие нейроны могут выполнять и выполняют одну и ту же функцию; этот принцип существенно важен для функциональной организации коры. Несмотря на свою «дороговизну», избыточность обеспечивает надежность и эффективность системы и, по-видимому, лежит в основе центральных компенсаторных механизмов. Нетрудно видеть определенное родство между этим положением автора и идеями И. П. Павлова о запасных структурах мозга, о его «механическом иммунитете».
В одной из глав книги говорится о пользе «телеологического подхода». Вначале это настораживает читателя, но потом становится ясно, что под телеологическим подходом автор понимает моделирование активности нервных сетей, в том числе процессов обучения. Предостерегая против прямых аналогий между сервомеханизмами и мозгом, он справедливо указывает, что польза моделей состоит не в имитации природы, а в том, что они позволяют предсказать еще неизвестные свойства нервной системы, существование которых может быть проверено в опыте. Модели указывают новые пути исследования и подсказывают новые эксперименты. Сравнение мозга с самообучающимися машинами не объясняет, как вырабатываются приобретенные реакции, но указывает на способы, какими это могло бы осуществляться.
В современной нейрофизиологии условного рефлекса широко распространено представление о том, что при образовании и закреплении временной связи стойко повышается проводимость кортикальных синапсов. Пользуясь в своих опытах статистическими методами, позволяющими измерять синаптическую проводимость, Бернс приходит к противоположному выводу. Он считает, что многократное использование синаптического пути понижает его проводимость.

 Этот вывод во многом отличается от теперешних представлений об установлении временной связи. Одно из преимуществ статистической нейрофизиологии автор, видит в том, что она не нуждается в корреляциях между функцией и данными нейроанатомии, — корреляциях, которые, по его мнению, пока что ничего не дали для понимания работы мозга. Вряд ли можно согласиться с такой крайней позицией, в особенности нашему читателю, для которого одним из постулатов физиологии мозга является необходимость соотнесения структуры и функции.
В то же время пропагандируемый Б. Бернсом эволюционный подход к изучению нейронной активности несомненно будет особенно близок нашему читателю, так как эволюционная физиология нервной системы по существу зародилась и развилась в нашей стране.
Помимо интересного и своеобразного подхода автора к проблемам нейрофизиологии, чрезвычайно привлекает также его тонкий юмор и изящество языка. Возможно, книга вызовет споры, но в этом, как нам кажется, еще одно ее достоинство.
Э.  Асратян

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА

Авторы часто предваряют свои ученые труды набором альтруистических фраз; нередко они говорят о давно ощущаемой потребности в такой работе, о своевременном заполнении пробела в науке. С моей стороны заявление такого рода было бы лицемерием, так как я писал эти страницы прежде всего ради собственного удовольствия. Как и многим другим людям, мне легче думать в присутствии слушателей, и я прихожу к выводам скорее, если говорю или пишу. Так что я написал эту книгу главным образом для того, чтобы определить свои собственные взгляды и немного уточнить несколько рабочих гипотез, которыми я мог бы руководствоваться в собственных исследованиях. Однако невозможно писать, не имея при этом в виду какую-то конкретную аудиторию.
Результатом явилась монография, в которой показано, что физиология центральной нервной системы лежит на стыке разных научных дисциплин и что для дальнейших успехов в этой области теперь нужны известные знания по классической физиологии, экспериментальной психологии, прикладной математике и электронике. Поскольку я не специалист во всех этих областях, я был вынужден пользоваться сравнительно простыми понятиями и терминами. Поэтому, хотя эта книга и посвящена главным образом современным научным проблемам, она может быть понятна студентам старших курсов и аспирантам различных специальностей.

Даже если книга издается от имени одного автора, от обычно косвенно выражает взгляды многих людей. Мои воззрения формировались в беседах и переписке со многими друзьями; конечно, я благополучно забыл некоторые из этих разговоров и теперь считаю их результаты плодом моих собственных размышлений. Но все-таки я понимаю, чем я обязан моим дипломникам и научным сотрудникам, которые работали со мной.
Мои друзья читали отдельные части первого варианта рукописи и подвергли ее плодотворной критике (но, конечно, нельзя возлагать на них ответственность за конечный результат). Я особенно благодарен проф. Л. Стивенсону, проф. А. М. Аттли, д-рам Г. Смиту, Р. Причарду, Т. Блиссу и Дж. Мандлу.
Писать первый вариант книги, или статьи — занятие приятное и беззаботное. В это время можно искажать высказывания авторов-соперников, чертить карандашом едва различимые схемы и придавать своим гипотезам большее правдоподобие, подчеркивая их. А когда первый вариант готов, начинается действительно тяжелый труд — исправление ссылок, вычерчивание и фотографирование убедительных схем, придание неудобочитаемой рукописи элегантной формы. В этом мне опять-таки охотно помогали многие, и всем им я выражаю свою глубокую благодарность.
Октябрь 1967 г.
Б. Делайл Бернс



 
« Немецкая психиатрия   Неопухолевые хирургические заболевания пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки »