Естественная история нервной системы

У кишечнополостных (гидры) нервная система равномерно распределена по всему организму. У других животных, в том числе у млекопитающих, это не так. В процессе трансформации нервной системы в истории развития живых сущес t в прослеживаются две основные тенденции: (I) объединение нейронов в компактную структуру (нервный тяж) и (2) сосредоточение большей части объема нейронов в головном конце (цефаяизация).: Так, у сегментированных животных, например, i у земляных червей, нервная система пред‑: ставляет собой Труппы клеток, собранные в нервные узлы – ганглии, расположенные в каждом сегменте тела животного; однако эти ганглии уже связаны со слабо выраженным головным нервным узлом. У других животных концентрация нейронов в головном конце может быть огромной, как это отчетливо видно на примере осьминогов и в еще большей мере – человека.

Сказанное свидетельствует, что по мере того, как растет число различных способов нейронных взаимодействий и вследствие этого увеличивается головной отдел нервной сис‑темы, функции нервной системы становятся необычайно разнообразными. Это хорошо видно на примере филогенетических древ позвоночных, моллюсков и насекомых. Иначе говоря, увеличение массы головного мозга существенно расширяет возможности организма, связанные с его структурной пластичностью. Это имеет первостепенное значение

Сказанное выше показывает, что функционирование нервной системы полностью согласуется с ее основополагающей ролью автономного единства, в котором каждое состояние активности приводит к другому состоянию активности того же единства, поскольку его функционирование носит круговой характер, или характеризуется операциональной замкнутостью. Таким образом, собственная структура нервной системы не нарушает, а усиливает операциональную замкнутость, которая определяет автономную природу живого существа. Мы начинаем ясно понимать, каким образом каждый когнитивный процесс непременно базируется на существовании организма как единства и на операциональной замкнутости его нервной системы. Следовательно, любое познание есть не что иное, как создание сенсорно‑эффекторных корреляций в области структурного сопряжения нервной системы.

Пластичность

Мы уже несколько раз упоминали о том, что нервная система находится в состоянии непрерывного структурного изменения, т. е. обладает гластичностью. Действительно, пластичность – важнейшее свойство, влияющее на структуру организма И именно вследствие своей структурной пластичности нервная система, посредством своих сенсорных и эффекторных органов, вовлеченных во взаимодействия организма, осуществляющие отбор его структурных изменений, – участвует в структурном дрейфе организма с сохранением его адаптации.

Обычно структурное изменение нервной системы не влечет за собой радикальной перестройки всей системы связей. В целом связи системы инвариантны, и, как правило, они одинаковы у всех особей одного вида. При формировании взрослой особи из оплодотворенной зиготы, в процессе развития и клеточной дифференциации, по мере увеличения числа нейронов они начинают ветвиться и соединяться в соответствии со структурой, присущей данному виду. Как именно происходит этот процесс уникальной локальной детерминации – одна из интереснейших загадок современной биологии.

Где же происходят структурные изменения, если не в линиях связи? Ответ в том, что структурные изменения действительно происходят, но не в соединениях, которые объединяют группы нейронов, a в локальных характеристиках таких соединений. Иначе говоря, изменения происходят в конечных разветвлениях и в синапсах. Там молекулярные изменения приводят к изменениям в эффективности синаптических взаимодействий, которые могут существенно сказвться нв функционировании всей нейронной сети

В качестве примера рассмотрим следующий эксперимент. Найдем одну из больших мышц, двигающих ногой мыши, выделим нерв, идущий к этой мышце от спинного мозгв, и перережем его, а звтем дадим животному оправиться после перенесенной операции. При вскрытии прооперированной мыши мы обнаружим, что мышца, к которой подходил перерезанный нерв, атрофировалась и сталв короче, хотя кровоснабжение и питание мышцы остввались без изменений. Все, что мы сделали – прервали электрический и химический транспорт, обычно существующий между мышцей и подходящим к ней нервом. Если мы дадим нерву вырасти снова и иннервировать мышцу, то она восстановится и втрофия исчезнет. Другие эксперименты показывают, что нечто подобное наблюдается между большинством (если не всеми) элементами, образующими нервную систему. Уровень активности и химический транспорт между двумя клетками, в данном случае мышечным волокном и нейроном, модулируют эффективность и способ взаимодействия между ними в процессе их непрерывного изменения. Перерезвв нерв, мы продемонстрировали эту динамическую особенность весьма наглядно.

Пластичность нервной системы состоит в том, что нейроны вовсе не связаны между собой подобно проводам со штепселями и соединительными гнездами на концах. Места взаимодействия между клетками являются зонами тонкого динамического баланса, модулируемого большим числом элементов, запускающих локальные структурные изменения. Эти элементы возникают в результате активности соприкасающихся клеток и других клеток, продукты жизнедеятельности которых выделяются в кровоток и омывают нейроны. И все зто – часть динамики взаимодействий организма с окружающей его средой.

Мозг и компьютер

Интересно отметить, что операциональная амкнугость нервной системы свидетельствует о том. что принцип ее фун «циоми; оични– не укладывается в рамки ни одной из двух крайностей – ни репрезентационалистской, ни со‑ипсистской.

Он не может быть солипсистским потому, го, будучи составной частью организации нервной системы, участвует во взаимодействиях нервной системы с окружающей средой. Эти взаимодействия непрерывно вызывают н нервной системе структурные изменения, которые модулируют ее динамику состояний. Именно этим объясняется, почему мы как наблюдатели, как правило считаем поведение ЖИВОТНЫХ COO· пт,»вукчдим обС»'*П*?ЛЮ:44М и почему живо» ны» не ведут себя гак, как если ' >ы они не зависили от окружающей среды. Так |роисходит потому, что для функционирова‑|ия нервной системы не существует внутрен‑чего или внешнего мира, оно всецело сосредоточено на поддержании корреляций, которые непрерывно изменяются (как показания приборов в рубке подводной лодки из приведенного нами примера).

Принцип работы нервной системы не может быть и Р*лриж»«тт11|и0мвт «с1ским, поскольку при каждом, имеьно структурное состояние нервной системы опредвлио \ какие возмущения возможны и какие измене НИЯ МОГуТ ИХ Поэтому было бы ошибочным утверждать будто нервная система имеет входы или выходы в традиционном смысле. Это означало бы, что такие входы или выходы являются составной частью определения системы, как в случае компьютера или других машин, '.пргекти^ «лммых и построенных Такой подход вполне разумен, если мы имеем дело со спроектированной кем‑то машиной, основная <п6о*«юс которой заключается в способе нашего взаимодействие с ней. Но нервную систему (или организм) никто не проектировал; она возникла в результате филогенетического дрейфа единств и сосредоточена на их с σΝ: греми.*«динамике состояний Следовательно, нервную систему необходимо рассматривать как единство, определяемое своими внутренними отношениями, в котором взаимодействия вступают в игру только через модуляцию ее структурной динамики, – т. е. как единицу С операциональной замкнутостью. Иначе говоря. нервная система отнюдь не выбирает «информацию» из окружающей среды вопреки часто встречающемуся утверждению. Наоборот, нервная система создает мир, указывая, какие паттерны окружающей среды могут считаться возмущениями и какие изменена · * чбу*/л «т их в организме. Широко известная «м. называющая мозг «устройством, занимающимся обработкой информации‑, не только сомнительна, но и заведомо неверна.

Неизвестно ни одной нервной системы, которая бы в той или иной степени не обладала пластичностью. Но у некоторых организмов, например, у насекомых, пластичность гораздо более ограничена, отчасти потому, что зти организмы меньше по своим размерам и обладают меньшим числом нейронов Феномен структурного изменения особенно ярко проявляется у позвоночных, в частности, у млекопитающих. Можно сказвть, что не существует таких взаимодействий и таких связей, которые не влияли бы на функционирование нервной системы в результате вызванных в ней структурных изменений. В частности, мы, человеческие существа, изменяемся под воздействием любого жизненного опыта, хотя иногда эти изменения не очень заметны.

Все это стало известно главным образом из наблюдений за поведением. В настоящее время у нас ьег ясной картины структурных изменений в нервной си стеме позвоночных, имеющих отношение к пластичности. Нет у нас и четкого описания того, каким образом постоянная трансформация способа нейронного взаимодействия (происходящая в ходе онтогенетического структурного дрейфа организма) связана с сиюминутным поведением. Сегодня это одна из наиболее важных областей исследования в нейробиологии.

Но какими бы ни были точные механизмы, которые участвуют в этой постоянной микроскопической трансформации в ходе взаимодействий организма, такие изменения никогда нельзя локапизовывать или рассматривать как нечто присущее жизненному опыту конкретного индивидуума (например, никому не удастся найти в голове собаки запись ее клички). Это невозможно прежде всего потому, что структурные изменения, вызываемые в нервной системе, всегда рассредоточены го нейронной сети вследствие изменений ее относительной активности; и во‑вторых, потому, что поведение собаки, откликающейся на свою кличку, есть производимое наблюдателем описание некоторых действий, порождаемых теми или иными сенсомо‑торными паттернами, функционирующими в пределах практически всей нервной системы.

Пластическое богатство нервной системы находит выражение не в создании «энграмм», или образов предметов окружающего мира, а в ее непрерывной трансформации, происходящей в соответствии с трансфор мациями окружающей среды, в зависимости от того, каким образом воздействует на нервную систему каждое взаимодействие с окружающей средой. С точки зрения наблюдателя это можно рассматривать как пропорциональное обучение. Но в действительности происходит следующее: нейроны, организм, которые они объединяют, и окружающая среда, с которой они взаимодействуют, действуют совместно, отбирая соответствующие структурные изменения; при этом они структурно взаимосвязаны: функционирующий ορι анизм вместе со своей нервной системой отбирает структурные изменения, позволяющие ему продолжать функционировать, или гибнет.

В глазах наблюдателя организм выглядит как единство, соразмерно двигающееся в изменяющейся окружающей среде, и наблюдатель говорит об обучении. Структурные изменения, происходящие в нервной системе, кажутся ему соответствующими условиям, с которыми взаимодействует организм. Но с точки зрения функционирования нервной системы существует только непрекращающийся структурный дрейф, следующий такому направлению, при котором на каждом этапе сохраняется структурное сопряжение (адаптация) организма со средой его взаимодействия