5. Первый ряд оркестра: кора головного мозга

Звуки и исполнители

Положим, что существует отношение между структурой и функцией; наш поиск несколько облегчается отдельными ярко выраженными свойствами морфологии мозга. Кора состоит из двух полушарий, и каждое полушарие состоит из четырёх долей: затылочной, теменной, височной и лобной. Традиционно затылочная доля связывалась со зрительной информацией, височная доля — со звуковой информацией, а теменная доля — с тактильной информацией. Левое полушарие связывалось с языком, а правое полушарие — с пространственным анализом.

Новизна, рутина и полушария мозга

Давно известно, что одно полушарие (в большинстве случаев левое) более тесно связано с языком, чем другое. Поль Пьер Брока1 и Карл Вернике2 продемонстрировали во второй половине девятнадцатого века, что изолированные повреждения левого полушария существенно влияют на речь. Афазии (нарушения речи) обычно наблдаются в результате левополушарных инсультов, но не правополушарных инсультов.

Привязывание новизны к правому полушарию, а когнитивной рутины к левому приводит к совершенно новому способу рассмотрения мозга. Традиционное понимание ролей полушарий в познавательной деятельности было статичным и не учитывало индивидуальных различий. Определённые функции, например язык, мыслились неизменно привязанными к левому полушарию. Другие функции, например, обработка пространственной информации, предполагались столь же нерушимым образом связанными с правым полушарием. С другой стороны, новизна и рутина относительны. То, что является новым для меня сегодня, станет рутиной завтра, через месяц или через год. Поэтому отношения между двумя полушариями должны быть динамичными, характеризуемыми постепенным сдвигом центра когнитивного контроля задачи от правого полушария к левому. Более того, то, что ново для меня, может быть знакомым для вас, и наоборот. Поэтому функциональное отношение между двумя полушариями несколько различно у разных людей.

Говоря о переносе информации справа налево, я не имею в виду буквальное перемещение информации. Более вероятно, что внутренние модели развиваются в обоих полушариях интерактивно, но скорости их формирования различны. Они формируются быстрее в правом полушарии на ранних стадиях обучения когнитивному навыку, но быстрее в левом полушарии на поздних стадиях.Из теории новизны — рутины как основы полушарной специализации не следует, что неверны традиционные понятия, связывающие язык с левым полушарием. Наоборот, она охватывает их как частный случай специфически человеческого способа представления информации с помощью явно выраженного рутинизирующего кода — языка. В действительности каждое полушарие мозга вовлечено во все когнитивные процессы, но их относительная степень вовлечения варьируется в соответствии с принципом новизны-рутины.

Проблема Ноя и ландшафты мозга

Полушарная специализация является не чем иным, как двумя параллельными вариациями на одну и ту же фундаментальную тему.

В соответствии с этой темой, затылочные доли вовлечены в зрение, височные — в звуковое восприятие, теменные — в тактильное и соматосенсорное восприятие. Но человеческий мозг — это больше, чем собрание узко специализированных сенсорных устройств. Мы способны распознавать сложные формы, понимать язык и анализировать математические соотношения.

Модулярное помешательство

Про теорию, которую автор не жалует (ошибочная теория).

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.

Когнитивные градиенты и когнитивные иерархии

Соответствие между пространствами стимулов и первичными проекционными зонами топологически корректно, но метрически деформировано. Различные области коры связаны с различными частями стимульного пространства не на основе их относительных размеров, но на основе их относительной важности.

Первый уровень иерархии

состоит из первичных сенсорных проекционных зон. Они организованы «стимулотопическим» образом, что приблизительно означает поточечную проекцию поля стимулов на поле коры. Проекции являются непрерывными. Это означает, что смежные точки поля стимулов проецируются на смежные точки кортикального пространства.

Второй уровень иерархии

состоит из областей коры, которые вовлечены в более сложную переработку информации. Эти области не организованы стимулотопическим образом. Однако каждая из этих областей все ещё привязана к конкретной модальности. Эти области коры, называемые модально-специфическими отделами ассоциативной коры, являются смежными с первичными проекционными зонами коры.

Третий уровень иерархии

третий уровень иерархии состоит из областей коры, которые появляются на поздних стадиях эволюции мозга и считаются играющими центральную роль в наиболее сложных аспектах переработки информации. Они не связаны с какой-то одной модальностью. Вместо этого, функцией этих зон коры является интеграция входных сигналов, приходящих от многих модальностей. Они называются гетеромодальной ассоциативной корой и включают нижневисочную кору, нижнетеменную кору и, разумеется, префронтальную кору.

Модулярность, вероятно, адекватно описывает архаический принцип нейронной организации, который позднее в ходе эволюции был подчинён градиентному принципу .

Вещь есть вещь

Градиентный принцип легче всего понять при анализе двух фундаментальных аспектов нашего психического мира: восприятия и языка. Рассмотрим два альтернативных способа, которыми могут кодироваться психические представления вещей. Согласно первой версии, различные категории вещей (фрукты, цветы, одежда, инструменты и т.д.) кодируются как отдельные «модули», каждый из которых занимает отличное, чётко очерченное местоположение на коре. Согласно второй версии, представление каждой категории вещей распределяется в соответствии с её различными сенсорными компонентами: зрительными, тактильными, звуковыми и т.д.

Первая возможность — это реализация модулярного принципа мозговой организации. Сторонники этого принципа обычно указывают на случаи трудностей восприятия или называния, затрагивающие специфические, изолированные категории предметов. Как указывалось ранее, такие случаи крайне редки, но они существуют. Вторая возможность — это реализация градиентного, непрерывного принципа корковой организации.

Исследования эффектов влияния повреждения мозга на познавательную деятельность показали, что в случае агнозий способность воспринимать объекты никогда полностью не разрушается. Обычно она ограничена определёнными сенсорными системами, не затрагивая других. В соответствии с этим характеризуются и получают имя различные частичные агнозии. Территории коры, повреждение которых ведёт к этим агнозиям, являются смежными с областями, ответственными за сенсорные входные сигналы, как они поступают в кору. Отсюда следует, что психическое представление предмета не является модулярным. Оно является распределённым, так как его различные сенсорные компоненты представлены в различных частях коры. И оно является градиентным, так как области этих частичных репрезентаций постепенно переходят в зоны соответствующих сенсорных модальностей.

Слово к вещи

два альтернативных способа, которыми в мозге может кодироваться знание о значении слов:

1. Репрезентация значений слов по своей природе модулярна. Все значения слов связаны вместе в узел и отделены от мозгового представления реального физического мира, который они обозначают.

2. Репрезентация значений слов распределена. Она распределена в тесной нейроанатомической близости к мозговым репрезентациям соответствующих аспектов физического мира. Это может означать, что значения различных типов слов закодированы в различных частях коры.

Хотя большинство репрезентаций вещей и событий включают многие сенсорные модальности, некоторые из них более зависимы от определённых сенсорных модальностей, чем от других. У людей психические представления физических объектов зависят главным образом от зрительной модальности и только вторично — от других сенсорных модальностей.

Изучение пациентов с повреждениями мозга позволяет предположить, что кортикальная топография языка определённо распределена. Нарушение наименования является обычно не глобальным, а частичным. Потеря предметных слов (или «аномия на существительные») вызывается повреждением части височной доли, смежной со зрительной затылочной долей. В этих случаях слова действия относительно сохранны. В противоположность этому, потеря слов действия (или «аномия на глаголы») вызывается повреждением лобной доли, прямо перед моторной корой. Это позволяет предположить, что корковое представление объектных слов тесно связано с корковым представлением самих объектов и что корковое представление слов действия тесно связано с корковым представлением самих действий.

Различные компоненты лексических представлений локализованы близко к сенсорным и моторным зонам, которые участвовали в получении информации о соответствующих предметах.

Возникает явно не модулярная, а распределённая и непрерывная картина корковой функциональной организации, соответствующая градиентной модели. Знание значения слова не хранится в мозге в виде отдельного, компактного модуля. Различные аспекты значения слова распределены в тесной связи с теми аспектами физической реальности, которые они обозначают.