Реализация синтеза информации в мозге

Наоборот. Инъекции пьявкам нейротоксина 5,7-дигидрокситриптамина вызывают истощение запасов серотонина в нейронах, иногда более, чем на 90%. Поведенческий ответ голодных пьявок на эти инъекции состоял в том, что они вели себя как сытые, отдёргивая голову от нагретых участков тела жертвы. Если в среду обитания таких пьявок ввести раствор серотонина, то его проникновение внутрь “отравленных” нейронов восстанавливает нормальное поведение голодных пьявок.

Задумайтесь над сложностью взаимодействий при питании пьявок и сопоставьте это с простотой изменения концентрации в окружающей среде единственного вещества - серотонина или его антагониста.

Вспомните в связи с этим примером моё объяснение высокой вероятности симбиоза рыбы горчак и моллюска (параграфе 4 главы III). Несомненно, что нейромедиатор рыбы или моллюска (возможно, единственный) способен изменить одновременно поведение рыбы и моллюска при их совместном размножении - симбиозе.

Мысль передать от особи к особи (как аналогию передачи кодов в компьютерах) невозможно потому, что (в отличие от компьютеров) её не существует как воспроизводимой комбинации конкретных нейронов.

Состояния намагниченности в определённой кодировке на дискетах, на жестких дисках компьютеров, состояния триггеров в их оперативной памяти, записи на грампластинках или лазерных CD-дисках имеют однозначный закон кодировки и адреса (пространственные и/или во времени), по которым размещены эти коды. Мозг такого не содержит.

Введенный извне в мозг нейромедиатор может изменять и изменяет в нём самым существенным образом процессы синтеза информации. Он действует на нормировку энтропии как физический процесс. Результат выражается для человека в форме “мысли”. Но медиаторы конкретную мысль от особи к особи не передают и передать не могут.

Исследования влияния нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов, факторов роста нервов на абстрактную работу мозга (мысль) и поведенческие функции ещё только начались. Но уже результаты велики. Пример (не полный и приближённый) участия некоторых нейропетидов в регулировании поведенческих функций дан на рис. 9.4.

Рис. 9.4

Сплошными стрелками обозначены возбуждающие влияния, пунктирными - тормозные. Схема относится преимущественно к высшим животным и человеку. Сегодня в ней наиболее изучены опиоидные пептиды, примером которых являются энкефалины и эндорфины.

У пьявки управление пищевым поведением и есть мысль. В терминах рефлексов её можно назвать суммой безусловных рефлексов. Нейромедиатор - серотонин в норме не существует во внешней среде пьявки. Поэтому в её нервной системе отбор не мог сформировать защиты при его действии извне.

В коре мозга мысль есть сложное иерархическое понятие. Она реализуется с одновременным участием десятков нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов. Это сочетается с разным (иногда даже диаметрально противоположным) влиянием одних и тех же веществ в одной и той же концентрации, когда они действуют в разных ситуациях или в разных участках мозга. Вещества и их концентрации (глобальные и микролокальные) воздействуют на иерархию экстремумов энтропии-информации и её производства по типу рис. 9.1. Результат в виде мысли индивидуума зависит от комплекса сигналов органов чувств, запомненного в результате обучения (включая развитие связей “прорастанием” в предыдущем обучении), общего состояния вегетативной нервной системы и организма в целом (в приложении к “передаче мыслей” это рассмотрено в [4], [7], [14], [58] - [61]).

В середине семидесятых годов понимания перечисленного выше не было. Поэтому даже ставились эксперименты для переноса навыков с помощью нейропептидов. Результатов они не дали и дать не могли. Но это не исключает сугубо конкретных ситуаций, когда отбор закрепил в нервных системах высших форм жизни такие узкие возможности. Зависимости от внешних факторов при размножении, опасности могут содержать в себе перенос сложных комплексов реакций организма с помощью единственного нейромедиатора, или нейропептида, или их комбинаций. Например, тот же самый серотонин, что регулирует пищевое поведение пьявки, ответственен за комплекс поведения, который называют у людей любовью (со всеми её описанными в романах крайностями).

Чувственное и внечувственное восприятие - общее и различное

Что значит - чувственное и внечувственное восприятие? Если анализировать литературу, то в ней разумного ответа на этот вопрос нет.

Как было показано на примере глаза (глава VIII), органы чувств поставляют в мозг случайные сигналы, отличающиеся своей функцией распределения и корреляциями. Это общий принцип. В мозге результат сигналов от органов чувств есть экстремумы энтропии-информации и её производства типа рис. 1.2, 1.4, которые устанавливаются с участием изменения баланса нейромедиаторов (нормировки энтропии-информации). Итог в мозге сигналов органов чувств - распределение состояний нейронов и веществ (нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов), включающие в себя ответы организма.

Вещества, участвующие в этом распределении, продуцируются в организме разными коллективами клеток. Пример пьявок в предыдущем параграфе показал, что введение во внешнюю среду нейромедиаторов или веществ, от которых зависит их синтез, полностью изменяет поведение живого организма, заменяя или изменяя сигналы от органов чувств. Введение в окружающую среду серотонина или его антагониста есть пример внечувственного восприятия для пьявки. При этом такое восприятие может быть противоречащим требованиям выживания особи. Это не лишает его статуса внечувственного восприятия окружающей среды - ведь поведение особи воспроизводит или изменяет то, что в нормальных условиях возникает как результат сигналов от органов чувств.

Восприятие выражает ответ системы на внешние воздействия. Выживание выживающих специализирует связи организма и внешней среды. Степень этой специализации различна для разных воздействий. Например, не принято выделять специальный орган чувств, который у рыб преобразует степень солённости воды в сигналы для движения рыбы. Но в том или ином виде он существует. Когда рыба уплывает из областей большего содержания солей в воде или наоборот, то объявить это внечувственным восприятием никому в голову не приходит. Многие земноводные не имеют специализированных органов слуха. Но какие-то (пока полно не исследованные) реакции на механические волны (звук) в воздухе и на поверхностях, по которым они передвигаются, у них есть несомненно. В следующем параграфе будет рассмотрен пример достоверной передачи рыбами в воде сигналов в виде электрических импульсов. Куда относить это, к чувственному или внечувственному восприятию? Сейчас рекламируются ультразвуковые излучатели как средство отпугивания насекомых и животных (тараканов, муравьев, ос, мышей, белок и др.). Ультразвуковые взаимодействия насекомых и животных с точки зрения органов чувств человека есть внечувственное восприятие.

Нечувствительность организма к определённым видам изменений во внешней среде (возможно и кажущаяся) есть защитная реакция, выработанная в процессе отбора. Её не связывают со специализированными органами чувств. Но ведь и отсутствие реакции на конкретные внешние воздействия есть чувственное восприятие. Звуки можно воспринимать глазами. Люди с профессинальным музыкальным образованием слышат звуки, глядя на ноты. Это чувственное или внечувственное восприятие? Интересные примеры содержатся в работах А.С. Пресмана (см. [154]).

К чувственному восприятию относится всё то, что подчиняется гаранту эффективности физики, установленному ещё Ньютоном - взаимодействие между объектами природы передаётся только с помощью материальной среды (материальность везде в этой книге удовлетворяет условиям, сформулированным в главе I и повторенным в параграфе 3 этой главы). Всё, что не удовлетворяет принципу Ньютона, есть не внечувственное восприятие, а бред безграмотных.

Наркомания - это классический случай внечувственного восприятия (без всяких кавычек). В организм вводятся вещества, подобные его нейропептидам (преимущественно опиатным). Результат - изменение эмоционального состояния организма и галлюцинации - типичный внечувственный (с помощью иглы) ответ на внешние и внутренние условия. Производные морфия - наркотик для человека, а серотонин или блокирующие его вещества - наркотик для пьявки. Она голодная, а есть не хочет. Это означает, что она испытывает чувство насыщения - главное удовольствие для простейшего организма и важнейший для его выживания сигнал - типичный наркотический эффект.

Органы чувств есть преобразователи. На их вход поступают внешние воздействия в специфической однозначной форме. Например, звуковые волны, электромагнитные волны, силы, действующие на поверхность кожи, изменения её температуры. Выходные сигналы этих преобразователей есть функции распределения электрических состояний нейронов и пространственно-функциональные распределения нейромедиаторов и нейропептидов. Синтез информации об анатомии и работе органов чувств связал между собой несопоставимые процессы и состояния.

Запоминание случайного выбора не требует однозначных связей между переменными (типа описываемых уравнениями Максвелла и подобными физическими законами). Такие законы только задают условия при синтезе информации. Но закон связи между переменными при синтезе информации существует. Это критерии запоминания рис. 1.2, 1.4. Сам процесс синтеза информации, включая запоминание как его составляющую, устанавливает этот закон. Он может быть существенно разным, если даже немного изменяются условия при синтезе информации.

Прямая электрическая передача нервных импульсов между особями

Условия - главное для работы случайностей в эволюции жизни. Для того, чтобы объекты и процессы действовали на органы чувств живых организмов, необходима среда, в которой они могут создавать статические или динамические (волны) изменения. Тогда отбор формирует органы чувств в виде преобразователей, превращающих эти изменения в электрические или химические воздействия на нейроны. Их состояния выражают функции распределения параметров нейронов и связей, а тем самым экстремумы в мозге энтропии-информации и её производства.

В частности, воздух может быть средой для распространения электромагнитных волн широкого диапазона частот. Но он хороший изолятор и электрические токи проводимости в нём ничтожны. Это физическое условие ограничивает у наземных млекопитающих и человека случайности, которые могли бы служить исходными для запоминания с помощью отбора таких органов чувств, которые воспринимают относительно медленные изменения электрических потенциалов.

Это не означает, что организм человека нечувствителен к электрическим воздействиям. Повышение частоты раковых заболеваний и лейкемии при постоянном нахождении людей, например, в непосредственной близости от высоковольтных линий или их распределительной аппаратуры есть известный, описанный в литературе факт. В нормы жилищного строительства и профбезопасности он пока ещё не вошёл. Не забывайте и о том, что электротехника началась в 1791 г. от опытов А. Гальвани, когда он электрической разностью потенциалов грозы вызвал мышечные сокращения лапки лягушки.

Электропроводность воды относительно высокая. Медленно изменяющееся электрическое поле (со спектром от ~ 1 Гц до 10 - 50 кГц) в воде создаёт преимущественно токи проводимости, которые могут действовать на погружённые в неё организмы (хотя бы как в опытах Гальвани). Электрические импульсы, описываемые преобразованием Фурье в пределах таких частот, есть основа работы нервных систем. В результате в водной среде для живых организмов возможны случайности, в которых присутствует возбуждение организмом с помощью нейронов токов проводимости в воде и ответные сигналы нервной системы на них. Дело отбора запомнить в этом то, что помогает выживанию выживающих.

Случайности создают более эффективные возможности для живых систем в использовании условий законов природы, чем детерминизм творчества инженеров. Физика разрешает создавать и передавать в воде возмущения в виде электрических токов - природа отвечает многообразием видов рыб, использующих это для своего выживания. Известно 300 видов рыб, которые способны генерировать мощное электрическое поле (из примерно 20 тысяч остальных). Среди них называют электрическими рыбами те виды, которые имеют специализированные органы для создания в воде электрического импульса. Они привлекли внимание ещё с древних времён. Это в частности, электрические скаты, которые генерируют электрический разряд для нападения и обороны. Разряды электрических рыб имеют форму, воспроизводимую у разных особей.

Рыбы, которых относят к неэлектрическим, тем не менее, генерируют в воде электрические возмущения порядка 1 - 10 мВ. Сигналы неэлектрических рыб разнообразны по форме и спектру и изменяются в функции внешних условий. Они похожи на информационный обмен между особями. Обзор известных результатов в этой области содержится, например, в [155]. Новые эксперименты см. [156].

В качестве примера электрических рыб на рис. 9.5 показаны электрический сом и электрический угорь. На схемах внизу рисунка чёрным цветом выделено расположение их электрических органов относительно тела. Оба эти вида рыб в процессе генерации электрического импульса эквивалентны расположенному вдоль них диполю. В примере угря он ориентирован плюсом вперёд. У сома - наоборот. Импульс обнаруживается для угря спереди на расстояниях 5 - 10 м, а для сома 2 - 5 м.

Поясню на основе материала этой книги происхождение электрических эффектов у рыб. Синтез информации о живых клетках, ограниченный условиями химико-электрической энергетики живых систем, привёл к нейронам как клеткам, в которых накопленная натриевым насосом электрическая энергия должна быть потрачена. Диссипация избыточной энергии, произведенной в процессе метаболизма, есть “цель” существования нейронов. В формообразовании нейронов, как было введено в параграфе 4 главы VII, существенно участвует электрическая энергия, которая есть причина роста и ветвления дендритов и аксонов.

Конвергентный общий признак, задающий свойства и роль в организме электрических клеток, есть механизм накопления электрического заряда на мембранах в сочетании с неизбежностью процессов их деполяризации. Дивергенцию, приводящую к разнообразию конкретных признаков, в этом задают альтернативные варианты случайностей, ограниченных условиями сочетания механических, химических и электрических процессов в клетке.

Максимизация электрической ёмкости мембран клетки, конкурирующая с их механическими свойствами, может иметь выражение не только в виде ветвящихся трубок (дендритов и аксонов), но и в простейшем виде плоского электрического конденсатора. Такой результат получится при механической жёсткости мембран большей, чем у нейронов в нервной системе. Такое механическое условие задаёт широкий (альтернативный классическим нейронам) диапазон случайностей в виде плоских клеток-конденсаторов. Их рост группами-колониями в организме столь же естественен, как и аналогичная группировка любых других клеток. В условиях, когда окружающая среда проводит электрический ток, появляются функции клеток-конденсаторов, которые могут влиять на выживание выживающих - генерация электрического импульса для нападения в целях питания или обороны; взаимосвязь особей, включая сигналы, необходимые для процессов размножения. Запомненный случайный выбор электрических параметров импульсов получает диапазон от многих сотен вольт до единиц милливольт.

Случайности в пределах условий формируют в электрических органах рыб самые разные формы клеток, электрически являющихся плоскими конденсаторами - цилиндрические или розеткообразные (как вырождение дендритов и аксонов), округлые (как преобладание в формообразовании механической энергии), чашеобразные и дисковидные. Последние, естественно, преобладают в тех видах рыб, для которых отбор запомнил максимальные электрические параметры внешних импульсов как средств нападения и защиты.

Например, у электрического угря эти клетки есть приближённо пластинки, толщина которых около 10 мкм, а длина доходит до 10 мм. Независимо от формы, разность электрических потенциалов на мембранах клеток в электрических органах всех видов рыб остаётся примерно той же, что и в нервных системах - порядка от 90 до 150 мВ. Ценность и незаменимость информации (в терминах параграфа 12 главы I) о способе накопления электрической энергии на мембранах относится к максимальной из существующих в живых организмах.

Электрическая составляющая энергии клетки для плоских клеток приводит к преимущественной столбиковой и послойной группировке объединений электрических клеток в автономный орган. В электрическом органе ската это есть последовательно включенные в столбики клетки-пластики. Множество таких структур включено параллельно.

У электрического ската Torpеdo occidentalis его электрический орган парный. Его вес доходит до четверти веса всей рыбы. Каждая его часть состоит примерно из 600 шестигранных столбиков, плотно упакованных по типу сот. Столбики содержат по 40 пластинок. Столбики и пластинки в них реализуют комбинацию последовательного включения потенциалов и параллельного суммирования токов клеток (аналогов нейронов). Мощность такого органа во время импульса доходит до 6 кВт.

Последовательная и параллельная упаковка многих клеток - нейронов широко представлена в структурах мозга всех форм жизни. Но там она сочетается со случайностями, вызванными неопределённой формой нейронов, а в электрических органах рыб реализована строгая пространственная упорядоченность упаковки плоских клеток. Это есть пример сочетания конвергентной основы с малыми дивергентными её изменениями, которые приводят к отличиям, несопоставимым в наглядном выражении. Например, у электрических скатов сумма потенциалов отдельных электрических пластин (аналогов нейронов) может доходить до 50 вольт. Паралельное включение обеспечивает суммарный ток до 7 А.

Как я подчёркивал в [14], электрический орган электрического ската есть пример предела строго упорядоченной “нервной системы”. Случайности есть основа анатомии и работы нервных систем. Альтернатива ей в виде упорядочения приводит к эффекту, не имеющему, казалось бы, с нервными системами ничего общего - к мощному электрическому импульсу как средству нападения и защиты. Поскольку анатомическую ориентацию упорядоченных групп электрических клеток в составе тела рыб определяет случайность, то электрическая полярность и положение электрических органов вдоль или поперёк тела рыб у разных их видов имеют разнообразные варианты (совместимые с другими условиями анатомии рыб). Некоторые из них показаны на рис. 9.6 (см. также рис. 9.5). Электрические органы выделены чёрным цветом. Плотность энергии в них доходит до 1 мДж на 1 г веса.

Количественным отражением роли случайностей при упаковке клеток в мозге по отношению к их упорядоченности в электрических органах рыб является электроэнцефалограмма. Суммарные потенциалы на коже головы - всего милливольты. Сравните с 20 - 30 В (иногда сотнями вольт) у электрических скатов. Ведь потенциал каждой клетки-составляющей в обоих случаях одинаков.

Электрические угри достигают в длину 1 м. При их электрическом разряде сильное поле образуется на длине до 5 м. Оно поражает рыб и лягушек (как пищу). Это нервный эффект, так как рыб сводит судорога и они застывают, выгибаясь и растопырив жаберные крышки (остановка дыхания) и плавники. В оборонительных целях угри генерируют серии импульсов, которые могут убить мелких животных, контузить человека или напугать, например, лошадь. На длине угря напряжение при разряде может доходить до 1200 В, а токи до 1,2 А. Электрический сом (подотряд Siluroidei) создаёт на длине тела ~ 0,9 м разность потенциалов 350 В. Мощность импульсов доходит у него до 30 Вт. Электрические скаты, звездочёты создают при разрядах сопоставимые эффекты.

Интересно, что электрический угорь плывёт за счёт движения хвостовых плавников с выпрямленным телом, а не изгибая его, как обычные угри. Это невыгодный способ передвижения. Но он существует. Первое объяснение кажется очевидным. При изгибах во время разряда части тела попадали бы в области поперечного градиента поля. Весь ток разряда в его процессе неустранимо проходит через электрический орган. Защищать от него изоляторами нечего и нет необходимости. Но электрические градиенты поперёк тела создают токи, от действия которых нужна защита путём дополнительного отбора. Естественный отбор цели не имеет. Раз угорь плавает, оставаясь прямым, то это означает, что иные случайности и условия для работы отбора не нашлись.

Электрический орган любой рыбы есть эквивалент заряженных электрических конденсаторов. Их сжатие и растяжение по разные стороны оси угря неизбежно при изгибных движениях тела (см. схему электрического органа угря на рис. 9.5). Деформация таких конденсаторов сопровождается работой над их электрическим полем и изменяет на них разность потенциалов. Эта работа не мала в масштабах затрат энергии на движение. Кроме того, она создаёт изменяющееся электрическое поле и токи поперёк группировки электрических клеток. Возникает ситуация, аналогичная предыдущей, но имеющая другие причины.

Ответ остаётся прежним - поперечная изоляция есть дополнительное “конструирование и изготовление” электрически прочной “банки” для каждого из столбиков в электрическом органе. Физические законы не поставляют отбору в этом “рафинированные” случайности. Ему остаётся только видоизменить плавательные движения угря. Кстати, подобные эффекты, но в разных формах, должны участвовать в формировании анатомии и поведения всех электрических рыб с большими плотностями запасённой электрической энергии.

Генерация электрической разности потенциалов (но не столь большой, как у электрических рыб) возможна и с участием мышечных клеток. Примером служит электрокардиограмма сердца. Подобное может происходить у рыб при генерации импульсов как средства общения.

Конвергентным признаком для нервных систем животных и электрических органов рыб являются параметры импульсов во времени. Мощный разряд электрического ската есть последовательность импульсов. Конкретно в этом случае единичный разряд образует от 2 до 10 и более отдельных импульсов, продолжительностью 3 - 5 мс, собранных в группу примерно из 150 таких пачек в секунду. Это близко по форме во времени с импульсами, которые действуют в нервных системах, но на порядки превышает их по параметрам.

Импульсы разряда приводят к электрическим токам через погружённые в воду организмы. Вид этих импульсов во времени близок к параметрам нервных импульсов в данном организме. В таком случае наиболее вероятным эффектом внешних импульсов будет дезорганизация работы нервной системы. Она может включать в себя парализующие или летальные результаты. Если велика мощность разрядов электрического органа рыбы, то разрушительное влияние будет возникать даже при отличиях внешних импульсов и внутренних сигналов нервной системы.

Электрический разряд для рыбы становится средством для обеспечения её пищей и для защиты. Естественный отбор запоминает тот выбор конкретных случайностей, который обеспечил это.

Почему электрический разряд ската или других электрических рыб не убивает их самих? Ведь полный ток импульсов обязательно проходит хотя бы через их электрический орган и примыкающие ткани.

Ответ в том, что импульсы электрических рыб становятся оружием нападения и защиты не потому, что они разрушают-“поджаривают” клетки живых организмов - поражающий фактор электрического импульса рыб состоит в действии на нервную систему других рыб. Поэтому защита самого ската должна содержаться в форме импульса-оружия как “осциллограммы”. В нервной системе электрических рыб сформировалась нечувствительность (отсутствие реакции организма) именно на ту конкретную форму и последовательность импульсов, которая поражает жертвы. С такой точки зрения электрические рыбы заслуживают большего исследования.

Тот факт, что электрические органы рыб есть многоклеточный аналог единственного нейрона, подтверждает и способ управления ими в организме рыбы. Например, у электрического ската управление каждым элементом его электрического органа осуществляется так же, как и для любого нейрона в нервной системе - с помощью химических синапсов (аналога мышечной концевой пластинки) и нейромедиатора, которым в данном случае является ацетилхолин. В отличие от разнообразия медиаторов и связей для нейронов в нервной системе, здесь работает единственный нейромедиатор и одномоментно во многих тысячах клеток.

Общие приёмы охоты всех форм жизни сохраняются и у электрических рыб. Это предварительное исследование жертвы, формирование удара по силе, продолжительности, числе и форме импульсов в нём. Для всех форм жизни импульсы нейронов в мозге являются командами мышцам. Электрический орган рыб есть один гипертрофированный нейрон. Вид и последовательность его импульсов непосредственно убивает жертву. Например, у волка последовательность импульсов вызывает бросок, команду челюстям. Аналогичные импульсы у рыб сами действуют как оружие. Электрические рыбы материализуют предел агрессивности - “мысль-убийца”.

Внешний “нервный импульс” в виде мощного электрического разряда запоминается отбором у рыб по конкретным причинам:

ѕ вода как внешняя электропроводная среда может передавать электрические возмущения, которые уже существуют в составе нервных систем всех организмов, в частности, рыб;

ѕ участие электрической энергии в формообразовании нейронов требует максимизации их поверхности и малой толщины, что одинаково вероятно как в формах клеток-“плоских конденсаторов”, так и в виде дендритов и аксонов, если условия в виде механических свойств мембран в этих случаях различны;

ѕ агрегирование “электрических клеток” столь же высоко вероятно, как и любых других клеток в организме;

ѕ большие силы в электрических полях при плоских формах клеток делают строго упорядоченную послойную и столбиковую упаковку клеток энергетически выгодной, то есть самопроизвольной и преимущественной;

ѕ видоизменения нейронов в составе электрических органов рыб в сочетании с сохранением для управления ими обычных импульсов, действующих в их нервной системе, делает высоко вероятной близость формы внешнего импульса электрических рыб к сигналам в нервных системах других видов рыб;

ѕ однородные по форме, но не тождественные, внешние импульсы и внутренние процессы в нервной системе рыб делают высоковероятной дезорганизующую роль этих импульсов в чужих нервных системах (вплоть до летальной);

ѕ преимущества больших объёмов поражения для получения пищи и защиты создают условия для мгновенного запоминания таких случайных комбинаций перечисленных выше особенностей, которые обеспечивают выживание выживающих.

В перечисленном выше ключевым является упорядоченная группировка нервных клеток, образующая единый “нейрон” как многоклеточный орган. Он по весу и объёму больше мозга его обладателей. Он есть пример “мозга”, основанного на упорядоченности. Электрический орган рыб запоминается как экзотическое сочетание случайностей, высокая вероятность которых задаётся условиями физических законов.

Альтернативный вариант электрическому органу рыб состоит в максимизации поверхности нейронов за счёт дендритов и аксонов, что сочетается с хаотичной группировкой нейронов и их связей. Эта альтернатива задаёт рост объёма мозга вплоть до мозга человека разумного. Нервные системы, использующие хаос клеток и связей для обработки сигналов по типу рис. 9.1, становятся массовым признаком жизни.

В пределах варианта эволюционного отбора из хаотической упаковки нейронов можно ожидать, что у рыб внешние электрические импульсы существуют не как исключения для 300 (или немногим более) из 20 тысяч видов, а как система. Они должны быть слабее, чем у электрических рыб, но могут работать как средство коммуникации особей и локации. Факты показывают, что это действительно так и есть.

Выражение “нем как рыба” отражает достоверный факт - у рыб не распространён звуковой или ультразвуковой способ общения между особями. В воде роль внешнего освещения солнцем также ограничена физическими законами. Прозрачность воды существует в узкой зелёной области солнечного спектра излучения. Однако она не столь велика. С глубиной из-за падения количества проникшего в воду света роль внешнего освещения в общении и локации рыб быстро падает до нуля. Взвешенные в воде примеси делают прозрачность воды низкой даже там, где света много. Тем не менее, органы зрения у рыб есть. Они эффективны, но в сравнении с сухопутными животными возможности их ограничены.

В этих условиях электрическое поле и вызванные им токи может быть тем условием физических законов, которое ограничивает случайности так, что создаёт электрические средства для коммуникации в воде - электические органы чувств и передачи сигналов. Неизбежен вывод, что электрические сигналы в воде для рыб есть столь же значительное и эффективное средство взаимодействий, как звук и свет для наземных животных. Несомненно, что у рыб существуют электрические языки общения. Коллективное поведение рыб мало отличается от поведения наземных животных, обладающих развитыми звуковыми и световыми средствами коммуникации. Достоверно, что в стаях неэлектрических рыб потенциалы особей суммируются и отражают её маневры.

Любой орган чувств создаёт в нервной системе функции распределения сигналов и значения энтропии-информации. Электрическая передача нервных импульсов у рыб не может отличаться по эффектам в нервной системе от сигналов других органов чувств.

Цели у эволюции нет. Физические условия только ограничивают случайности. Эволюция амфибий и беспозвоночных не имела тех случайностей для отбора с помощью выживания выживающих, которые делают у рыб доминирующей связь и локацию на электрической основе.

Работа нервных систем и мозга принципиально есть абстракция - сопоставление несопоставимого. Слух, зрение, обоняние, в конечном счёте, выражаются электрическими импульсами в нервной системе. Поэтому внешние электрические импульсы, сформированные по законам данной нервной системы, могут быть такими же эффективными ощущениями, как и любые из привычных для человека (см., например, [156]).

Установлено, что рыбы имеют органы чувств - электрорецепторы - для приёма электрических сигналов как ощущений. Они не обязательно должны быть на поверхности их тела. Законы электростатики делают выгодным такую их форму, когда группы чувствительных приёмников максимально удалены друг от друга.

Например, в обзоре [155] указывается, что электрорецепторы располагаются преимущественно на спине, брюхе и голове рыб. Наиболее изученные из них называют ампулами Лоренцини, бугорчатыми органами, и органами Сабо.

Ампулы Лоренцини есть длинные трубки с изолирующим наружным слоем и проводящей желеобразной сердцевиной. Они передают электростатическую разность потенциалов извне рыбы к её нейронам в том числе при её импульсных изменениях. Собственно чувствительным элементом этих органов являются дендриты специализированных нейронов. Но чем больше расстояние между точками, в которых определяется электрический потенциал, тем больше между ними разность потенциалов. Изолированные трубки-проводники не есть сам электрический орган чувств. Это составляющие, подобные ушной раковине или хрусталику глаза, которые усиливают физический эффект, лежащий в основе ощущения. Ампулы Лоренцини воспринимают внешние статические поля и участвуют в оценке амплитуды импульсных сигналов.

Бугорчатые органы так названы за свой вид. Их чувствительные элементы воспринимают изменение разности потенциалов во времени. Они вводят в нервную систему рыбы сигналы о структуре внешних электрических импульсов во времени.

В мозге рыбы есть отделы, обслуживающие электрические органы чувств. Они расположены в мозжечке и продолговатой доле мозга рыбы.

Как видно из перечисленного, электрические органы чувств повторяют структуру и взаимодействия любых других органов чувств у всех видов жизни. Они содержат:

ѕ первичный усилитель физического эффекта;

ѕ нейроны, непосредственно воспринимающие физические переменные, изменяющиеся в этом эффекте;

ѕ отделы мозга, специализированные в связях с данным органом чувств и объединённые общими взаимодействиями мозга как органа.

Рыбы, имеющие специализированные электрорецепторы, обладают чувствительностью, рекордной даже в масштабах современной техники электрических измерений. По напряженности электрического поля она доходит до 10-10 В/м при плотности тока порядка 10-11 А/м2. Если учесть, что площадь чувствительной части поверхности электрорецептора порядка 1 мм2, а импульсы с частотами в 100 - 1000 Гц есть для них характерные сигналы, то приведенной выше плотности тока соответствует в одном импульсе разряд на электрическом органе чувств порядка 1 иона. Для наглядности напомню, что число Авогадро ~ 6???23??/моль.

Наибольшей чувствительностью среди исследованных рыб обладают нильский гимнарх и скаты. Рыбы с “электрическим оружием”, как правило, не имеют электрических органов чувств (например, электрический сом и звездочёты). Это есть запомненная отбором случайность типа глухоты звонарей, но врождённой. Чувствительность рыб, не имеющих электрорецепторов, к электрическим импульсам как сигналам мала и составляет 1 - 10 В/м.

В статических полях достоверно, что рыбы плывут к положительно заряженному электроду (аноду). Это настолько сильный эффект, что его используют в промысловой ловле рыб.

Неэлектрические рыбы, вопреки своему названию, создают электрические импульсы вокруг себя, но с малой напряжённостью поля порядка 100 - 200 мкВ на длине тела рыбы. По структуре во времени они сопоставимы с импульсами, обычными для нервных систем разных видов жизни. Общий спектр частот этих импульсов лежит преимущественно в области от 0,1 Гц до 2 - 5 кГц. В нём присутствует низкочастотная компонента с максимумом около 2 - 3 Гц (ответственная за пачки посылок импульсов) и частоты порядка 1 - 2 кГц, вызванные самими импульсами в составе пачек.

Кстати, наряду с общепризнаными внешними электрическими полями наземных видов жизни, регистрируемых в виде электрокардиограмм и электроэнцефалограмм, достоверно установлено существование относительно сильного почти статического электрического поля вокруг тела животных и человека. Оно регистрируется бесконтактно, например, на расстоянии от 1 до 25 см вокруг мышц лягушки или человека, оно установлено вокруг комаров и шмелей в полёте (см., например, [155] и ссылки там). Известны опыты Вольфа Мессинга, в которых он, взяв человека за руку, судя по всему, включался в его электрические системы подготовки двигательных команд. Человек в онтогенезе проходит стадию рыб, что имеет отражение в его геноме. Имеет право на существование направление анализа электрических воздействий как аналога ощущений (в диапазоне частот спектра нервных импульсов).

Электромагнитное излучение в роли нейромедиатора

В предыдущем параграфе были рассмотрены случайности, выбор и запоминание из которых приводит к средствам коммуникации, локации и поражения у рыб. В этом случае физические законы, которые ограничивают случайности, относятся к области низкочастотных процессов в диапазоне, не превышающем десятки - сотни килогерц. Однако как в окружающей среде, так и в нервной системе возможны эффекты, связанные с более высокими частотами, например, в диапазоне на границе между инфракрасным излучением и радиоволнами.

В воздушной среде, окружающей человека и животных, могут распространяться электромагнитные волны. В работе организма участвуют большие по размерам биомолекулы. Их преобразования (химические и конформационные) связаны с уровнями энергии, кванты которых могут относиться к диапазонам частот от радиолокационного до инфракрасного света и выше. Эффекты, которые в силу случайностей, ограниченных условиями, должны присутствовать в этом диапазоне длин волн, были предсказаны в работах [58] - [61]. Исследования ионных каналов, проведенные в последнее время, например [157], [158], подтверждают реальность предсказанных эффектов. Рассмотрю их в этом параграфе.

Известно видимое излучение организмов как результат их метаболизма, например, у разных видов светлячков. Они характерны для зон жаркого климата. Там ночью в инфракрасном диапазоне слишком светло от нагретых за день предметов. Как подчеркивалось в [58] - [61], в местностях с холодным климатом высока вероятность существования насекомых, излучающих в инфракрасном диапазоне, хотя исследования такого рода не проводились.

Мозг мог самопроизвольно возникнуть в процессе эволюции и может воспроизводиться в поколениях потому, что случайности есть одновременно основа его анатомии и принципов его работы. Сформулированные в этой работе принципы работы мозга (в частности, человека) определяют два пути информационного воздействия на мозг извне:

Воздействие на органы чувств. Оно воспринимается мозгом с использованием запасов предварительно синтезированной информации. Это все формы врождённого и внешнего обучения. Сигналы, не имеющие прямых или косвенных аналогов в предыдущем синтезе информации, не могут внести в организм новую информацию, минуя ей синтез с учётом ранее накопленной информации.

Воздействие, например, электромагнитных волн на синаптические связи (нейромедиаторную систему), изменяющее условия синтеза информации. При их действии сигналы от органов чувств или обработка запомненной информации могут давать новые результаты.

Виды и особи формируют случайности, ограниченные условиями. Одно из таких условий содержится в общности нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов в разных отделах мозга и системах организма. Нейромедиаторы и нейропептиды есть вещества. Химические реакции с их участием изменяют энергетические состояния биомолекул, с которыми они взаимодействуют. Без этого не могут протекать химические реакции. Но для изменения энергетического состояния молекул существует иное средство - излучение или поглощение электромагнитных волн.

Рис. 9.7

Нейроны как клетки-“паразиты” возникли и функционируют на основе избыточности энергетики жизни в её частной электрической форме. Они универсальны по принципам, но различны в деталях (в пределах условий). Они ответственны за существование мозга, но присутствуют во многих тканях и органах. Деполяризация мембраны нейронов с участием ионных каналов есть их универсальная особенность.

Повторю на рис. 9.7 схему из [58], [59], описывающую генерацию электромагнитного излучения в ионных каналах как результат присоединения нейромедиатора к его постсинаптическому рецептору. Её сегодня можно существенно детализировать, но делать этого здесь не буду.

Ионный канал является сложной белковой молекулой. Выражается это тем, что прохождение ионов в канале есть движение, неразрывно связанное с деформациями и колебаниями молекулы, образующей канал. Ионный канал, входящий в состав постсинаптического рецептора, есть система, управляемая нейромедиаторами. В силу этого для него обязательны универсальные особенности, не зависящие от конкретной его реализации. Перечислю их:

Управление каналом требует существования запирающих его элементов. Они действительно наблюдаются на фотографиях в электронном микроскопе [157] и имеют электрический заряд. На рис. 9.7 они схематически показаны в нижней половине канала.

По основному принципу работы химического синапса нейромедиатор, запустив деполяризацию и этим нервный импульс в постсинаптической мембране, должен отсоединиться от своего рецептора и вернуться в синаптическую щель - независимо от конкретных подробностей, акт присоединения нейромедиатора обратим.

Обратимость управления постсинаптическими взаимодействиями означает существование релаксационно изолированных путей распространения электромеханических возмущений (рис. 9.7).

Три перечисленные выше особенности есть классические признаки генератора (типа клистрона в радитехнике СВЧ), который преобразует энергию движения зарядов в колебания и излучение на их основе электромагнитных волн.

По отношению к химическому синапсу источник энергии для генератора п. 4 есть трансмембранный потенциал постсинаптической мембраны. Цепочку движущихся ионов формируют взаимодействия п. 3. Конструкцию генератора образует комплекс канал-рецептор.

В физике известны коллективные процессы синхронизации излучателей, которые в конкретных условиях многих рецепторов на постсинаптической мембране могут приводить к синронизации их излучения. Это и порядок величины электрической энергии синапсов гарантируют мощность излучения, достаточную для наблюдений электромагнитного излучения химических синапсов в нервных системах и мозге.

Схема рис. 9.7 содержит в себе возможности обращения, то есть может быть приёмником электромагнитных волн, выходное действие которого есть изменение порога срабатывания химического синапса. Для химического синапса электромагнитное излучение может выполнять функции нейромедиаторов. Подробнее об этом см. [58] - [61], [14].

Перечисление п.п. 1 - 7 показывает, что в химическом синапсе существуют условия для случайностей, которые могут сделать его излучателем и приёмником электромагнитных волн. В живых системах, если существуют условия, то возможны случайные реализации разрешённого ими. Нельзя утверждать, что все синапсы всегда излучают электромагнитные волны заметной мощности. Нельзя гарантировать, что диапазон их излучения таков, что попадает в интервалы прозрачности воды в организме, возникающие из-за её связей с другими молекулами. Но, ещё раз подчеркну, в живых системах то, что разрешено физико-химическими условиями, в той или иной форме реализуется и запоминается естественным отбором. Электромагнитное излучение при синаптической передаче нервного импульса может возникать. Действие электромагнитного излучения на нервные системы и мозг может быть эквивалентно действию нейромедиаторов и нейропептидов. Это значит, что подобные реальные эффекты существуют, как минимум, в виде исключений.

Детализация изложенного на основе развития знаний об ионных каналах и рецепторах не входит в цели этой книги. Важно ещё раз подчеркнуть, что время и публикации о ионных каналах и постсинаптических рецепторах подтвердили морфологически существование элементов схемы [58] - [61], [14] с описанными в п.п. 1 - 7 свойствами. Не сомневаюсь, что эксперименты подтвердят (или уже подтвердили, но это не опубликовано) излучение и приём электромагнитных волн химическим синапсом, предсказанные уже давно в [58] - [61].

Подсознание и сознание

Нервные системы вплоть до мозга человека сформировал естественный отбор. Структура мозга есть воспроизведение в онтогенезе филогенетического иерархического запоминания этапов случайного выбора, ограниченного условиями.

Иерархия синтеза информации в мозге описывается такими же комплексными плоскостями синтеза информации, как и эволюция жизни (рис. 9.8).

Рис. 9.8

Самые первичные зачатки нервных систем у одноклеточных форм жизни есть введение абстракций. Это многократно подчёркивалось выше - прямая физико-химическая реакция на внешние и внутренние воздействия разрывается участием ограниченно специфической к веществам электрической энергии. Абстракция развивает и усложняет выживание выживающих как запоминание ограниченного условиями случайного выбора. У животных они становятся достаточно сложными. В них входят санитарные, охотничьи и социальные ограничения в форме рефлексов и обучения. Но запоминание их остаётся в форме выживания выживающих. Только у человека абстракция доходит до уровня формулировки цели жизни. Это и есть человеческое сознание.

Абстракции типа пищевого поведения пьявок на рис. 9.8 отображает верхняя правая плоскость синтеза информации. Ей предшествуют не показанные на рисунке плоскости синтеза информации, начинающиеся от первых электрических взаимодействий, разрывающих однозначность физико-химических реакций на уровне одноклеточных организмов. Сознание животных и птиц, обладающих мозгом (пропуская промежуточные плоскости) относится к средней плоскости на рис. 9.8.

Эти плоскости реализованы в мозге человека его отделами и структурами. Они материально присутствуют в нём, одновременно работают, взаимодействуют друг с другом. Синтез нейромедиаторов, нейропептидов, гормонов и их действие в нервных системах и мозге связаны с большими количествами энтропии-информации. Это незаменимая и ценная информация в терминологии парагарафа 12 главы I. Поэтому она сохраняется при переходе к старшим иерархическим ступеням синтеза информации в виде органов и структур в мозге.

Сознание человека, содержащее формулировку цели и способность её достижения, отображёно на рис. 9.8 старшей плоскостью синтеза информации. Оно использует те же нейромедиаторы, нейропептиды, гормоны, которые были в давней филогенетической предистории человека. Вспомните серотонин - нейромедиатор пьявки. У человека это важнейший нейромедиатор в его высшей нервной деятельности. Любовь, творчество, сны людей существенным образом зависят от его распределения и перераспределения в мозге человека.

Человек есть только один из видов среди многих млекопитающих. Вспомните рис. 4.1 в параграфе 1 главы IV. “Издалека” все млекопитающие “будут видны” как одна вертикальная прямая на этом рисунке. Не случайно в художественной литературе человеческие типажи сопоставляют видам животных. Человек унаследовал от своих не слишком далёких предков-животных первоочередную обработку внешней информации в тех отделах мозга, которые филогенетически принадлежали им. Именно она важнейшая для его выживания как представителя млекопитающих. Эта обязательная обработка информации “животными” отделами и структурами мозга есть подсознание. Но нейромедиаторы сознания и подсознания общие. Выживание человека сформировало связи, позволяющие сознанию использовать информацию, синтезированную на “животном” уровне.

Выходы типа 9 на рис. 9.1 есть материальная реальность подкорковых структур. В иерархически послойных структурах коры мозга возможен и обязательно существует такой предварительный уровень иерархии, который использует эти сигналы как исходные воздействия 2 на рис. 9.1 для синтеза информации в коре мозга. Уровень иерархии обработки информации такой, при котором передача на старший уровень воздействий типа 9 заблокирована - это и есть подсознание. Без него сознание невозможно. Оно работает и во сне, обеспечивая формирование предварительно отфильтрованной информации о внешних и внутренних воздействиях. То, что у животных через выходы 9 было непосредственными сигналами, управляющими метаболизмом и движениями, для человека стало промежуточным переходом к следующему уровню синтеза информации, которого нет у его предков (или который у них слабее выражен). Например, оказалось важным для выживания выживающих, чтобы сон мог разрывать или устанавливать такие связи. На этой основе возникла возможность сделать это искусственно. Это гипноз. В его процессе управляемым оказывается синтез информации на “животном уровне” и передача её в кору мозга. Такой синтез обладает большим запасом устойчивости, так как выживание животного требует быстрого и прочного обучения. Отсюда прочность запоминания и точность выполнения того, что было введено в сознание в условиях участия подсознания - под гипнозом.

Подсознание не имеет заданной цели. Его контролирует только выживание выживающих. Сознание содержит в себе цель, сформулированную самим сознанием.

Человеческая символика отражает в гротескной форме произвол человеческой аксиоматики. Голубь не может быть символом мира, так как относится к тем редким исключениям, у которых особи одного вида дерутся между собой насмерть. Чайка есть потребитель отбросов, весьма совершенный из-за богатой незаменимыми веществами пищи, но малосимпатичный для нормальной психологии человека.

Что такое - разум?

Понятие - разум - обсуждается человечеством на всём протяжении его истории от самых древних времён. Его определения имеют широкий диапазон, в который входит и такие термины как душа и подобное. Рациональные общепринятые формулировки понятия о разуме можно свести к утверждению [159]:

Разум есть способность организма или устройства добиваться некоторой степени успеха при достижении одной или нескольких целей в широком диапазоне заданных или изменяющихся условий, включая способность для возникающих при этом задач выделять определяющие переменные, параметры и их взаимосвязи (модель) и находить методы решения этих задач.

Понятие цели в этой формулировке задано извне по отношению к понятию разум. В ней остаётся открытым вопрос о том, с какого уровня сложности биологических видов или устройств можно считать их разумными. Пьявка способна достигать цели в виде насыщения кровью. В какой мере она разумна?

В понятии о разуме живых организмов самый сложный вопрос - каким образом и откуда возникает цель?

Как было показано в этой работе, в природе существует единственная цель - максимум роста энтропии-информации, включая максимум способности к превращениям. Даже принцип минимума производства энтропии Пригожина удовлетворяет этой цели, так как указывает один из путей роста (пусть и медленного) энтропии-информации. Разум человека подчинён законам природы, он не есть исключение из них. Определение разума человека должно быть основано на этой единственной цели, которая существует для природы. Но реальность и важность в работе разума частных целей есть факт. Поэтому определение разума человека должно включать в себя способность сформулировать частные цели. Эта работа вводит новую формулировку понятия о разуме живых существ, учитывающую эти особенности:

Разум человека есть иерархический синтез энтропии-информации как функции комплексного переменного, описывающей состояния нейронов и их связей, включающий в свои критерии запоминания принцип максимума производства энтропии (максимума способности к превращениям). Разум человека отличается от разума животных способностью произвольно формировать абстрактные цели своей работы.

Синтез информации является основным процессом в природе, определяющим существование всех её неживых и живых объектов. Этим формулировка понятия разума человека подчеркивает его однородность со всеми остальными объектами и процессами в природе. Синтез информации в этом определении относится к энтропии-информации как функции комплексного переменного. Поэтому способность к использованию логики и её результатов входит в сформулированное определение разума в терминах действительной составляющей энтропии-информации.

Синтез информации неизбежно приводит к тупикам равновесия. Они должны преодолеваться обычным для природы способом - с помощью принципа максимума производства энтропии. Включение в формулировку понятия разума максимума способности к превращениям есть констатация общих свойств разума и других объектов в природе - способности неживой системы или живого организма к преодолению тупиков равновесия.