Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис (2017)

Механизм обучения по Хеббу, основанный на формировании ассоциаций между разными нейронными сигналами, и перестройка нейронных связей, направленная на укрепление этих ассоциаций, явно играют роль как в улучшении обработки сенсорной информации, так и в ускорении простейших типов обучения (например, при выработке условного рефлекса). Может показаться, что от этого далеко до таких проявлений разума, как анализ экономической ситуации, сложение любовных стихов или планирование нейробиологических исследований. Могут ли столь сложные вещи основываться на таких простеньких клеточных механизмах? Этого мы не знаем, но есть основания полагать, что они играют существенную роль. Большинство высших функций разума основано на ассоциациях между объектами, местами, идеями, воспоминаниями и множеством других вещей, а система Хебба и другие подобные системы – это мощный механизм ассоциативного обучения.

Пример умственной способности, в значительной мере опирающейся на ассоциации, – это способность к изучению языков. Суть большинства языков в том, что произносимые звуки или письменные знаки, используемые для обозначения чего-либо, являются случайными и, как правило, не имеют никакого отношения к природе обозначаемого. Встречаются звукоподражательные слова (они обычно используются для передачи издаваемых животными звуков, например «кря-кря» или «му»), но их немного. Однако роза, как ее ни назови – rhosyn, ruusu, роза, tăng, 玫 瑰, – пахнет одинаково приятно. Таким образом, понимание языка отчасти зависит от образования устойчивых нейронных связей между реальными объектами (местами и т. д.) и словами. В принципе это похоже на образование прочных нейронных связей между звоном колокольчика и кормлением у собак Павлова, а значит, при овладении языком могут использоваться аналогичные механизмы стабилизации или элиминации синапсов. Даже если отвлечься от языка, наше повседневное понимание мира в значительной степени основано на ассоциациях: между лицом и именем человека и воспоминанием о добром поступке, между местом и возможностью купить букет роз, между движением ноги и безопасной остановкой автомобиля. Недавние исследования показали четкую взаимосвязь между развитием областей мозга, важных для ассоциативного обучения, и занятиями, которые предполагают запоминание огромного количества географической информации, как, например, работа лондонского таксиста. Это еще один пример того, как мозг перестраивается в ответ на изменения окружающей среды, но на этот раз речь идет не просто о зрении или слухе, а о высших функциях мозга.

Вполне возможно, что разум и сознание далеко не исчерпываются хеббовскими синапсами и перестройкой нейронных связей. Тем не менее эти аспекты развития нервной системы, которые мы уже более или менее понимаем, являются принципиально важной предпосылкой для возникновения разума. Это еще один пример того, что построение тела зависит от налаживания связей между клетками в соответствии с сигналами, которые они получают. Гены, задействованные при создании головного мозга, не содержат информацию о его окончательном строении – в системе, структура которой должна меняться в зависимости от результатов обучения, такой подход был бы обречен на провал. Вместо этого конкретные белки, кодируемые этими генами, образуют механизмы, которые укрепляют, ослабляют или разрушают связи в зависимости от степени совпадения поступающих и исходящих сигналов. Постоянно сравнивая выходящие сигналы с входящими, эти системы совершенствуют мозг, меняя способы ассоциации сигналов и переводя результаты обучения в трехмерную структуру меняющихся нейронных сетей.