Рецепторы анализаторов представляют собой нелинейную систему, осуществляющую прием внешних физических сигналов и их ограничение по максимальному и минимальному значениям. Рецепторы кодируют различные виды сигналов в единый универсальный частотно-импульсный код, характерный для нервной системы человека. Число нервных импульсов в единицу времени пропорционально интенсивности сигнала, воспринимаемого рецепторами. Связь рецепторов с центральной нервной системой является двусторонней, т. е. сигналы распространяются не только от рецепторов к нервной системе, но и из нее поступают к рецепторам. Сигналы обратной связи регулируют и контролируют работу рецепторов. Анализаторы восприятия физических сигналов характеризуются нижним и верхним абсолютными порогами чувствительности. Нижний порог – это минимальная величина раздражения, ниже которого она человеком не воспринимается, верхний порог – максимально допустимая величина раздражения.
Анализаторы обладают свойством адаптивности, при этом происходит изменение чувствительности. Свойство адаптивности играет защитную роль при резких колебаниях интенсивности сигналов на входе рецепторов.
Анализаторы человека взаимодействуют друг с другом, что позволяет получать более полную информацию о наблюдаемых процессах и явлениях. Так, например, взаимодействие зрения и вестибулярного аппарата обеспечивает создание координат поля зрения и стабилизации позы. Наибольшее применение при управлении находят зрительный, отчасти слуховой и акселерационный анализаторы. Человек через зрительный анализатор воспринимает около 90 % всей информации. Диапазон чувствительности зрительного анализатора по яркости составляет от 10–6 до 106 кд/м2, абсолютный порог восприятия точечного светового сигнала составляет одну минуту, дифференциальный порог – 1 % исходной интенсивности сигнала.
Поскольку человек может одновременно воспринимать информацию несколькими анализаторами, то можно было бы рассматривать его как многоканальную информационную систему. Однако ответные реакции в основном формируются в центральной нервной системе, поэтому многоканальность передачи информации через человека, как правило, нарушается. При управлении некоторые ответные реакции формируются без активного участия сознания. В этом случае человек может практически одновременно реагировать на сигналы, обработка которых требует активного сосредоточения внимания, и на сигналы, реакция на которые автоматизирована. При этом человек представляет аналог многоканальной системы передачи информации.
2.2. Память: прием и накопление информации в центральной нервной системе
2.2.1. Биологические основы памяти
Большая роль в формировании информационно-энергетических потоков, являющихся результатом межнейронных взаимоотношений, возникающих при наличии мотивации цели жизнедеятельности, принадлежит памяти. Остановимся на физиологии процесса образования памяти и причинах, обусловливающих человеческий риск, включая погрешности неадекватного отображения мира.
Рассматривая межнейронные взаимоотношения, которые в основном реализуются за счет синаптических связей, будем иметь в виду различные формы этих взаимоотношений:
– морфолого-топологические;
– физико-энергетические;
– химико-вещественные;
– информационные.
Эти формы не самостоятельны, они представляют собой разные формы межнейронных отношений. По этой причине их следует рассматривать во взаимодействии. Все это можно было объединить в информационно-энергетические процессы, но тогда получим глобальную модель без детализации процессов.
Неисчислимое многообразие форм поведения человека в большей мере относится к топологическому аспекту взаимоотношений нервных клеток, причем численная оценка количества комбинаций их топологических отношений дает астрономические цифры. Поэтому изучение узора молекулярных или внутриклеточных процессов в мозге без детального учета пространственно-временного (топологического) расположения соответствующих клеток оказывается «немым» с точки зрения информационного содержания. То же самое относится и к физико-энергетическим и электрофизиологическим аспектам. На рис. 2.16 представлена гипотетическая модель внутриклеточной регуляции образования синаптической связи как биологической основы формирования памяти [3].
Рис. 2.16
На данном рисунке обозначены следующие каналы:
I – информационные отношения организма и среды;
II – информационные взаимоотношения органов и организма;
III – информационные отношения нервных клеток;
Блок 1 – синтез РНК; экспрессия гена;
Блок 2 – энзимные, рецепторные, мембранные белки;
R1 – расход информации из памяти, т. е. вызов из памяти нужной информации.
Физические и биохимические изменения, обеспечивающие эффективность синаптической передачи, осуществляются на основе энергетических или обменных компонентов синаптической активации в процессе обучения (жизненного цикла). Эта модель основывается на системных свойствах мозга, на топологии межнейронных связей. Главное достоинство этой модели обосновывается наличием трех главных форм памяти:
– кратковременной памяти; ее длительность измеряется секундами, она возникает в процессе переработки информации, при обучении;
– долговременной памяти; формируется из кратковременной и сохраняется от нескольких дней до конца жизни;
– промежуточной памяти, длящейся до завершения образования (консолидации) долговременной памяти.
Этим трем главным формам памяти соответствуют три главных формы регуляции синаптической связи.
В основе кратковременной памяти лежат изменения (перестройки) в пре– и постсинаптических структурах. Такие изменения вызываются либо изменениями ионного баланса, либо выделяющимися при этом нейромедиаторами. При этом происходят кратковременные изменения функций синапсов и каких-либо компонентов мембраны, которые основываются, главным образом, на конформационных перестройках мембранных блоков.
Биологическая основа промежуточной памяти характеризуется умеренными скоростями кинетики и связана с изменениями функциональных характеристик постсинаптических мембран.
Долговременная память характеризуется изменениями активности генов, т. е. количественным и качественным изменением ДНК-зависимого синтеза РНК, что влечет за собой соответствующие изменения синтеза белка. Благодаря встраиванию вновь синтезированных макромолекул в мембрану и включению их в обмен веществ длительность изменений функций синапса оказывается достаточной для развития долговременной памяти. Эта модель противостоит представлению об образовании «молекул памяти» на молекулярном уровне и основывается на системных свойствах мозга, на топологии межнейронных связей.
Теперь кратко остановимся непосредственно на блоке «память». Схема цепей обменных процессов в нервной клетке представлена на рис. 2.17. Обменные процессы развиваются под влиянием связывания дофамина со своими рецепторами и ведут к двухфазному повышению образования гликопротеидов в блоке 1. Два ряда процессов, встречаясь, приводят к образованию гликопротеида. Этот белок, достигая клеточной мембраны, меняет ее состав и свойства. При этом в памяти человека возникают следующие модели окружающего мира:
– сознание – деятельность, результатом которой являются «реальные» модели;
– подсознание – промежуточное состояние, когда модели нечеткие, размытые;
– бессознательная деятельность, в процессе которой нет реальных моделей.
Рис. 2.17
Для анализа процесса здесь выделено главное – фактор времени, так как перестройка (топологическая) функциональных структур при развитии долговременной памяти происходит за счет образования гликопротеидов.
Кратковременная и долговременная память играют важную роль при формировании моделей окружающего мира в блоках памяти, формируя достоверные знания и знания с погрешностями, которые являются источниками риска человека.
Быстроизменяющиеся модели фактического или реального мира по-разному фиксируются у разных людей. В связи с этим можно говорить о разной величине риска, ибо более точное (т. е. более адекватное) отображение мира позволяет при малых затратах энергетики получить правильное решение и достичь цель. Пороговые величины кратковременной памяти ограничивают возможности по скорости изменения информации, поступающей от внешнего мира. Антипод кратковременной памяти – долговременная память – имеет порог по объему памяти Jкр. Выход за [xнкр, xвкр] приводит к размытым моделям среды жизнедеятельности, что приводит к ложным решениям и неправильным поступкам и обусловливает критические состояния человека, т. е. его риск. Этот риск может быть связан как с потерей функциональных возможностей организма человека, так и с противодействием среды жизнедеятельности.
