знаменитой статье «Каково быть летучей мышью?» тоже пришёл к выводу, что человеку свойственно иметь дело с информацией типа «как» и эта информация составляет основу его взгляда на мир. Кроме того, логическая операция «если… то…», с помощью которой нейрон решает огромное число самых разнообразных и сложных логических задач, свойственна и человеку как основной способ научного исследования. Все человеческие законы природы, по сути, представляют собой формулы «если… то…», а любое онтологическое знание «что» человек подвергает эпистемологической проверке «как».
Из этого можно сделать вывод, что общие информационные принципы функционирования нейрона фундируют информационные принципы функционирования психики человека в целом.
Однако понимания, как работает нейрон, недостаточно, чтобы моделировать психику человека. Хотя значительные результаты были достигнуты при моделировании относительно небольших (по сравнению с реальными) и простых по структуре искусственных нейронных сетей в рамках направления машинного обучения. Моделирование работы нервной системы в целом для понимания механизмов сложных психических процессов, таких, например, как произвольное внимание, требует разработки новых принципов. По всей видимости, это должны быть именно информационные принципы или принципы ещё более фундаментального уровня.
В этой статье на правах гипотез предлагается ряд положений и принципов, которые могли бы использоваться для рассмотрения и оценки функционирования нервной системы животного или человека как целого.
Сильной стороной этих гипотез является то, что они исходят из положений, которые широко применяются в точных и естественных науках: из теории информации Шеннона, закона сохранения энергии, принципа Ле Шателье и др. В статье обсуждается информационный и энергетический смысл процессов произвольного и непроизвольного внимания и совершается попытка обобщения, которая требует дополнительного изучения и критического анализа.
Информационные гипотезы о непроизвольном и произвольном внимании
Одна из важных задач нервной системы – выделение и анализ информации, поступающей от внешней по отношению к организму среды и от самого организма [116]. Однако количество поступающей к сенсорам нервной системы информации колоссально, и если бы нервная система обрабатывала всю её одинаково, то это потребовало бы в тысячи раз больше ресурсов, чем те, которыми она обладает. Поэтому на фоне всех информационных функций нервной системы выделяется функция фильтрации сенсорной информации, то есть установление различий в обработке информации и в реакции на неё, в том числе для повышения эффективности информационных процессов.
Важно отметить, что такая информационная фильтрация сигналов происходит на самых разных уровнях иерархии нервной системы. Она, фильтрация, начинается в спинном мозге, продолжается в стволе мозга, ретикулярной формации, таламусе и, наконец, в коре больших полушарий. Хотя и функции, и механизмы такой регуляции на разных уровнях различаются, в них есть общая важная черта информационного характера: нервная система выделяет и пропускает дальше ту информацию, которая обладает большей информативностью, или важностью.
Однако на нейронном уровне не существует критерия важности информации: по своей природе этот критерий субъективен, поэтому можно говорить о некоем его объективном аналоге – информационной ценности, то есть, например, об интенсивности, контрастности и новизне информации, о её редкости.
Человек не замечает стимулы низкой интенсивности или неконтрастные стимулы, а также очень быстро привыкает к ощущениям, теряющим новизну (прикосновение одежды, давление от сиденья стула и т. п.). Мы фильтруем фоновые посторонние звуки, если сконцентрированы на какой-то задаче, и не чувствительны к очень многим типам сенсорной информации во время сна. Как правило, люди замечают только существенные изменения в окружающей обстановке и то, на что обращают внимание. При этом почти все перечисленные типы фильтрации информации происходят на бессознательном уровне, включая обращение внимания, когда внимание обращается непроизвольно.
В случае непроизвольных действий, о которых идёт речь, можно обобщить, что нервная система, будучи информационной, стремится обработать как можно больше информации, используя как можно меньше ресурсов, то есть повысить свою информационную эффективность. По этой же причине происходит научение автоматическим действиям, таким как ходьба, моторика пальцев при письме, распознавание знаков, слов и т. д. Многие из этих действий-программ, которые изначально формируются произвольно с помощью коры, автоматизируются на уровне мозжечка и после обучения требуют значительно меньше ресурсов, чем во время обучения. Выразим это в виде принципа.
Принцип 1: в случае непроизвольных действий нервная система стремится сократить расход ресурсов и повысить эффективность информационных процессов.
Следствие принципа 1: нервная система создаёт иерархию обработки сенсорной информации и выделяет более информационно значимые стимулы, которые обрабатываются на более высоких ступенях иерархии.
Дополнение: нервная система также искусственно снижает значимость часто повторяемых стимулов и обрабатывает их на более низких уровнях иерархии путём обучения и автоматизации.
Заметим, что принцип 1 по смыслу является информационным, то есть может рассматриваться в рамках теории информации Шеннона, согласно которой бóльшим объёмом информации обладает менее вероятное сообщение.
Например, если человек заходит в незнакомый отель и видит ресепшен для гостей, это не несёт для него почти никакой информации. Вероятность, что в отеле есть ресепшен, крайне высока, и человек ожидает его увидеть. Отсутствие ресепшена, напротив, маловероятно, поэтому несёт в себе бóльший объём информации. По Шеннону, количество информации тем больше, чем больше величина ln (1/P), где P – вероятность события. Поэтому принцип 1 можно было бы сформулировать иначе, с использованием понятия вероятности.
Принцип 1(б): в случае непроизвольных действий нервная система стремится расходовать ресурсы преимущественно на менее вероятные сигналы, то есть, как следствие, на более интенсивные, более контрастные и более новые и редкие сигналы.
Важно упомянуть, что такой принцип экономии ресурсов и повышения информационной эффективности (№ 1) действует только в отношении непроизвольных процессов. Уже для научения, как было указано, требуются произвольные действия и произвольное внимание, которое сопряжено с волевым усилием, осуществляется сознательно, расходует много ресурсов и потому не подчиняется указанному информационному принципу. Произвольные процессы значительно сложнее, и до сих пор не выявлен какой-либо один или несколько информационных принципов наподобие принципа 1, которые бы регулировали сознательную произвольную деятельность с информационной точки зрения.
По И. Павлову, механизм произвольного внимания заключается в формировании очага оптимального возбуждения в коре мозга [117]. При этом указывается, что возбуждение одних областей коры внутри очага сопряжено с торможением других областей коры за его пределами. Так создаётся такое условие, при котором ослабляется влияние посторонних раздражителей, потому что их сигналы попадают на заторможенные участки коры головного мозга.
Известно, что в формировании произвольного внимания большую роль играет влияние учителя (родителя или воспитателя), так как очаг оптимального возбуждения коры может поддерживаться сигналами, идущими от второй сигнальной системы. Поэтому часто формирование способности к произвольному вниманию связывают с обучением в процессе воспитания и трудовой деятельности.
При этом внешний учитель (родитель или воспитатель) как бы
