Управляющий мозг. Лобные доли, лидерство и цивилизация

Когнитивные упражнения как способ профилактики мыслительного упадка и улучшения мыслительных функций — это новая территория. По мере того, как мы продвигаемся вперед по этой интригующей новой дороге, мы должны развивать как новаторские подходы, так и точные методы оценки их эффективности. Идеально было бы проверить эффекты различных типов когнитивных упражнений на физиологию мозга методами функциональной нейровизуализации. Есть ли какой-нибудь эффект вообще? Являются ли эффекты глобальными? Являются ли они локальными? Зависимы ли они от упражнений? Это важные вопросы, которыми должны заняться будущие исследования в новом веке и в новом тысячелетии.

12. Лобные доли и парадокс лидерства

Автономия и управление в мозге

Лобные доли являются инструментом и агентом контроля внутри центральной нервной системы. Может показаться, что их появление на позднем этапе эволюции должно было привести к более жёсткой организации мозга. В действительности, однако, ситуация сложнее. В ходе эволюции мозга образовывались различные тенденции, которые уравновешивали друг друга. Эволюционное давление в направлении развития лобных долей было вызвано, вероятно, увеличением степеней свободы в организации мозга и грозящим потенциалом хаоса внутри него.

С начала 1980-х годов функциональная организация мозга находилась в центре интенсивных научных дебатов. Рассматривались два радикально отличающихся друг от друга принципа организации. Первый принцип основывался на понятии модулярности1. Как мы обсуждали ранее, модулярная система состоит из автономных единиц, каждая из которых наделена относительно сложной функцией и относительно обособлена от других. Отдельные модули передают и получают входные данные друг от друга, но они оказывают мало влияния, или вообще никакого влияния, на внутреннее функционирование друг друга. Взаимодействие между модулями ограничено и осуществляется через относительно небольшое число информационных каналов.

Альтернативный принцип — единый массивно запараллеленный, взаимосвязанный мозг2. Здесь единицы мельче, наделены намного более простыми функциями, но намного более многочисленны. Они тесно взаимосвязаны и непрерывно взаимодействуют через многочисленные каналы.

Понятие модулярности — это «высокотехнологичное» воспроизведение френологии восемнадцатого века. Оно предполагает не только отчётливые границы между дискретными единицами, но и их функциональную предопределённость. Согласно этому взгляду, каждой такой единице жёстко предписана очень специфическая функция.

В отличие от этого, понятие массивно взаимосвязанного мозга берет своё начало, несколько кружным путём, от формальных нейронных сетей (или просто нейронных сетей) которые сами были инспирированы биологической нервной системой. Нейронные сети являются динамическими моделями мозга. Впервые этот подход был введён в 1940-е годы, но приход компьютеров вдохнул в него новую жизнь3. Нейронная сеть — это коллекция большого числа простых взаимосвязанных элементов, выраженная в форме компьютерной программы. Свойства элементов и взаимосвязей упрощённо имитируют свойства реальных биологических нейронов, а также соединяющих их аксонов и дендритов. Запуская программу на компьютере, исследуют «поведение» модели при решении различных задач, и это позволяет исследователю понять динамические свойства реального мозга. Накапливая «опыт», формальные нейронные сети приобретают богатый набор свойств, которые не были запрограммированы в них с самого начала, — «эмерджентные» свойства. Комбинации сил их связей меняются, так что различные части сети формируют «внутренние представления» различных поступающих типов информации.

Сегодня моделирование мозга с помощью нейронных сетей находится в числе наиболее мощных средств когнитивной нейронауки. Исследования «приобретённых свойств», наряду с клиническими данными о влияниях повреждений мозга и методами функциональной визуализации, рассматривающими локальные взаимодействия, дают картину альтернативного, амодулярного принципа организации мозга. Ранее в этой книге я описывал этот принцип как градиентный. Согласно градиентному принципу, в мозге присутствуют массивные непрерывные взаимодействия, при этом функции его частей относительно мало предопределены. Вместо этого предполагается, что функциональные роли различных корковых областей складываются в соответствии с определёнными базовыми градиентами4.