В современной науке пространство и время определяются в общем виде как фундаментальные структуры координации материальных объектов и их состояний:
 - система отношений, отображающая координацию сосуществующих объектов (расстояния, ориентацию и т.д.) образует пространство;
 - система отношений, отображающая координацию сменяющих друг друга состояний или явлений (последовательность, длительность и т.д.) образует время.
 Живое отличается большой динамичностью в отображении внешней среды, что создает предпосылки адекватного реагирования на ее изменения.
 Аналогично физическим определениям введем биофизические, соответствующие понятия, относящиеся к процессам рефлексии, происходящим в живых системах:
 - всей совокупности понятий объектов, образующих пространство, информационным аналогом в системе управления живого будет являться n–мерная матрица параметров;
 - аналогу времени будет соответствовать n–мерная матрица фазовых отношений между параметрами.

 Онтогенез управления в ЦНС

 В онтогенезе на последовательных этапах развития возникают все более сложные иерархические отношения, выражающиеся в формировании интегральных динамических моделей нижележащих уровней гомеостатических сетей организма. В процессе внутриутробного развития плода, возникающие нервная, гуморальная и др. формируют генетически запрограммированные системы управления метаболизмом и реактивным поведением — безусловные рефлексы, которые жизненно необходимы в постнатальный период. Дальнейшее формирование и развитие нервной системы происходит в непрерывном взаимодействии с внешней средой, что обеспечивает структурно–информационную адаптацию к конкретным окружающим условиям.
 Электрическая активность мозга человека наблюдается уже у плода. Но формирование зрелой ритмической активности происходит на протяжении внутриутробной и нескольких лет постнатальной жизни. Основные электроэнцефалографические нормальные ритмы формируются лишь к 12-13 летнему возрасту. Ниже в таблице представлена частота доминирующего ритма электроэнцефалограммы у детей в разные возрастные периоды.
 Мозг 5-6 месячного плода начинает периодически генерировать нерегулярные медленные колебания малой амплитуды (5-10 мкВ), которые к 8-9 мес. переходят в появление разночастотных

волн, среди которых преобладают 1... 4 Гц. Этому соответствует цитоархитектоническая дифференциация полей и слоев коры. У детей грудного возраста (2...12 мес.) завершается созревание синаптического аппарата таламо-кортикальных связей и происходит дальнейшее становление фоновой ритмики с возрастанием частоты от 3...4 до 5...7 Гц, она приобретает веретенообразную форму, а также выявляются ее различия по областям коры. Морфологическое созревание структур новой коры продолжается в течение первых лет жизни ребенка, усложняются механизмы анализа главным образом за счет развития внутри- и межанализаторных связей вставочных нейронов, что обеспечивает более совершенную синхронизацию нейронной активности. В связи с этим в ЭЭГ детей раннего возраста (1...3 лет) волны фоновой ритмики приобретают синусоидальную форму, достигая амплитуды 60...80 мкВ и частоты 6...8 Гц. Однако они еще перемежаются медленными нерегулярными высокоамплитудными колебаниями 2...5 Гц, которые наиболее выражены в передних отделах больших полушарий. У детей дошкольного возраста (4...6 лет) формируется настоящий альфа-ритм, хотя нерегулярный и замедленный, с ведущей частотой 9-10 Гц и при этом имеют место вспышки высокоамплитудных медленных волн 3...4 Гц. В школьном возрасте (7...15 лет) завершается формирование всех основных ритмов электрической активности коры и она принимает вид электроэнцефалограммы взрослого человека.
 В филогенезе с развитием нервной системы появляются возможности создания более обобщенных, абстрагированных от биохимических особенностей субстрата информационных потоков о динамическом состоянии органов и систем. Такая свертка информации значительно уменьшает объем потоков информации, поступающей на более высокие иерархические уровни. Состояние каждого органа или системы в конечном итоге приводится к значению простого параметра, формируются граничные значения и законы изменения этого параметра в пределах этих границ. Между параметрами и законами их изменения устанавливаются отношения в виде заданной матрицы функционалов. Таким образом, поток информации из внутренней среды на любом заданном уровне представляет собой параметрическую матрицу состояний и матрицу динамических отношений между параметрами. Под матрицей здесь мы понимаем список переменных величин, но список не случайный, а ранжированный по каким-то критериям. При этом список может быть не двухмерным, а п-мерным.

 Гомеостатические аспекты проблемы

 Гомеостатика утверждает, что любая система управления обладает целью, которая подразделяется на подцели (минимально две). Гомеостаты живых систем формируют цели, которые в физиологии называются потребностями организма. Текущая доминирующая потребность определяет ведущую цель данного момента функционирования организма. В общем случае потребности человека можно классифицировать на два больших класса:

 1 – метаболические, определяющие мотивацию удовлетворения биохимических потребностей организма;

 2 – информационные, удовлетворяющие на низшем уровне ориентировочный рефлекс «Что такое?», а на высшем — мотивацию к творческим, духовным, социальным и пр. потребностям.

 Фенотипически метаболические и информационные потребности задаются моделями внутренней среды организма, которые формируются на матрицах параметров и отношений между ними. Приходящие сигналы из внешней среды разлагаются на составные параметры и их динамические характеристики. Они формируют текущую модель состояния внешней среды. Каждый данный момент количество модусов (Модусом параметра мы называем качественную характеристику физического носителя параметра и его амплитуду (мощность)) параметров внешней среды значимо меньше, чем в матрице состояния внутренней среды.

 Одновременно человек может осознавать примерно 7±2 относительно независимых процесса. Актуализируя свое внимание на одном из них, он воспринимает его двойственность как осознавание своего "частного" «Я» и представление (индивидуальная модель) о выделенной части внешнего мира, например: «Я» и мир в целом; «Я» и социум; «Я» и семья; «Я» и друзья; «Я» и враги и т.п. Модели сравниваются по распределениям параметров на n-мерной матрице и их отношениям. Все модусы сигналов, имеющие аналоги в матрице моделей внутренней среды и их отношений создают семантическое поле, т.е. поле смыслов. Но только часть этого семантического поля является осознаваемой (имеющей вербально–эмоциональный смысл), остальная — неосознаваемая — формирует область подсознательного и бессознательного. Таким образом, полная матрица параметров, содержащая сведения об организме и отношениям параметров является контекстом, на котором внешняя среда «считывает» текст, и этот текст как бы отчуждается, формируя индивидуальную модель «Я». Часть этой модели осознаваема, так как имеет информационные аналоги в виде системы понятийных структур, которые для каждого человека обладают своей уникальной спецификой.
 В результате сравнения модусов параметров, если существует их различие в определенных заданных пределах, возникает управляющий сигнал на изменение состояния функциональной системы, поддерживающей данный параметр в организме, чтобы текущая разница минимизировалась. Если величины параметров невозможно привести в соответствие, за счет ресурсов управления гомеостатами организма, то формируется потребность – цель — изменить внешнюю среду по данному комплексу параметров. Например, облачиться в одежду, построить жилище, создать орудие труда, сделать какой-то поступок по отношению к конкретному лицу и т.п. На рис. 1. представлена гомеостатическая модель схемы этих процессов.
 Рассмотрим отдельные механизмы данной модели.

 Матрицы параметров и отношений между параметрами

 Как известно, в ядрах и коре головного мозга имеется сеть крупных пирамидальных нейронов, которые принимают (афферентация) сигналы от структур, разлагающих сигналы на элементарные составные параметры (анализ). Между нейронами имеются связи через систему вставочных нейронов, включающих более мелкие различные нейроны, выполняющие как тормозные, так и возбуждающие функции. Системы вставочных нейронов образуют матрицу отношений между параметрами. N-мерная сеть образуется перекрестными связями между нейронами. Количество синапсов на теле нейрона может достигать до 104–105. Синапсы на теле нейрона по характеру действия классифицируются на два типа: тормозные и возбуждающие, а по месту контакта — соматические, апикальные, аксонные и дендритные. Если все импульсы, приходящие к нейрону являются подпороговыми, в нем происходит их алгебраическая суммация, которая и определяет знак и величину изменения потенциалов отношений между параметрами и определяет знак и величину изменения потенциала постсинаптической мембраны. Это изменение может выразиться в столь значительной деполяризации мембраны, что приведет к генерации импульса; в других же условиях величина деполяризации не превысит порогового значения. В случае тормозного действия синапса происходит гиперполяризация мембраны нейрона.



Рис.1. Гомеостатическая модель процессов восприятия и осознавания их человеком.

 Срабатывание мембранного потенциала, обеспечивающего динамику процессов в области рабочих характеристик (нормы реакции), может реализовываться, по крайней мере, двумя механизмами:

 1 – Один и тот же параметр могут контролировать несколько нейронов, принимающих один и тот же сигнал параллельно, однако их пороговые значения срабатывания могут отличаться на некоторую величину и, таким образом, формировать область рабочего диапазона управления данным параметром;

 2 – В результате разной чувствительности постсинаптической мембраны на разных участках тела нейрона, деполяризация мембраны происходит в определенном диапазоне, который и является нормой реакции.
 На рис. 2 показана диаграмма рабочего диапазона ячейки матрицы параметра.



 Рис. 2. Обобщенная кривая выхода гомеостата ячейки параметра Y, du – управляющий сигнал на гомеостат, регулирующий параметр Y.

 Кроме того, состояние активности нейрона может регулировать величину потенциала окружающей глии и таким образом регулировать собственную чувствительность к величинам приходящих сигналов. Все эти механизмы обеспечивают диапазон как собственно физиологической нормы, так и ее смещение в определенной области (так называемая плавающая норма реакции).
 Приведем гомеостатическую блок-схему элементарной ячейки матрицы параметров и ее окружения, обеспечивающей гармоничное функционирование организма во внешней среде. На схеме отражены блоки целей как информационно формируемых, так и возникающих из метаболических потребностей организма. Цель активирует функциональную систему, обеспечивающую удовлетворение конкретной потребности в виде иерархии гомеостатов, реализующую задачи по достижению конечного результата. Активация функциональной системы включает в себя структурную адаптацию элементарных звеньев управления под конкретную задачу. Основным активным элементом такой перестройки является действие тормозных и активирующих нейронов, как ключей-вентилей замыкающих, размыкающих или регулирующих частичную проходимость сигналов по гомеостатическим сетям. Нейрон, суммирующий сигналы, отражающие состояние параметра внутренней среды и его аналога во внешней среде, является эффектором, т.е. конечным звеном цепи управления, формирующей сигнал–задание конкретному гомеостату, поддерживающему данный параметр в организме.
 Важной особенностью данной блок-схемы является возможность влияния на состояние матрицы параметров и их отношений блока информационной потребности. Информационная потребность может имитировать как действие внешней среды, так и метаболические потребности организма, создавая те или иные модели «Я» и внешней среды. Этот блок может иметь символьно-абстрактную форму представлений из понятийного аппарата субъекта, например, вербальную, графическую, эйдетическую, математическую и т.п.
 Его формирование происходит в течение всей постнатальной жизни. Результаты работы этого блока — информационные потребности могут входить в противоречие с метаболическими потребностями. Исходная мотивация субъекта определяется в ходе конкуренции между этими двумя потребностями. У человека, как субъекта социума, часто информационная потребность доминирует над метаболической, вплоть до самопожертвования ради общественных или иных интересов.

 Блок формирования метаболической потребности
 (афферентный синтез)

 В процессе функционирования различных гомеостатов (клеток, тканей, органов) организма происходят постоянные процессы потребления-разрушения пластического и энергетического резерва. Посредством гуморальной системы транспорта веществ они доставляются к месту утилизации, а отходы всех метаболических процессов выносятся, накапливаются и сбрасываются во внешнюю среду специализированными органами. По мере потребления возникает потребность возобновления запаса энерго–пластических веществ. Формирование потребности выражается в инициации метаболитами возбуждения рецепторов соответствующих внутренних органов, в которых возникает дефицит того или иного вещества. Сигналы от внутренних рецепторов поступают в вегетативную часть нервной системы, и на разных ее этажах происходит обработка и интеграция сигнала о метаболической потребности. Конечный результат этого афферентного синтеза происходит на одном (или группе нейронов) — ячейке матрицы параметров — в центральной нервной системе (эфферентный синтез по Анохину).



 Рис. 3. Гомеостатическая блок-схема элементарной ячейки матрицы параметра и ее связи с другими структурными элементами управления организмом.

 Возбуждение данной ячейки в форме нейронной активности побуждает соответствующий гомеостат (иерархию гомеостатов) к восполнению требуемого параметра.

 Блок формирования информационной потребности
  (информационный афферентный синтез)

 Формирование данного блока происходит практически весь постнатальный период жизни человека. По мере овладения кинематикой собственного тела и освоения внешней среды другими сенсорными системами, становления второй сигнальной системы, через посредство ассоциативного аппарата коры головного мозга, сигналы из внешней среды формируют с одной стороны индивидуальную иерархию понятий и связи между ними, с другой — неосознаваемые условно-рефлекторные реакции организма. Все сигналы, поступающие из внешней среды, подвергаются анализу на составные параметры и их динамические характеристики. Каждый параметр имеет свое представительство на нейронной структуре, как это было описано выше, и имеет аналог в сети нейронов — представителей внутренней среды.
 Нейроны, отражающие параметры внешней среды, через посредство вставочных нейронов, между собой моделируют отношения сигналов внешней среды и таким образом формируют модель внешней среды. Аналогичные отношения устанавливаются между нейронами, отражающими вербальные структуры понятий. Осознаваемые через вербальные понятия сигналы внутренней среды и внешней среды конвергируя на специальных нейронах третичных полей, формируют блок информационной потребности. Кроме того, третичные поля нейронов, отражая динамику параметров через соответствующие вставочные нейроны, организуют свои параллельные модели. Эти модели, «оторванные» от непосредственной динамики параметров текущих состояний внешней и внутренней среды, включают в себя осознаваемые и неосознаваемые информационные сигналы, опережающие изменения текущих состояний, и пространственно–временные характеристики циклических процессов, формируют модели ожидаемого будущего. Влияние на функционирование гомеостатов организма моделей ожидаемого будущего весьма важно, так как организм заранее готовится к будущим изменениям. Нарушение работы этого механизма приводит в легких случаях к различной выраженности метеопатий, а в тяжелых — к несовместимости параметров внешней среды и жизнедеятельности организма, что ведет к летальному исходу.
 На рис. 4 показаны блоки метаболической и информационной потребностей организма человека и их структурные элементы.
 Считается, что каналами, переносящими самый большой объем информации, поступающей в организм у млекопитающихся, являются зрительный и слуховой. Рассмотрим возможные пути становления этих информационных потоков в осознанные понятийные структуры.



 Рис. 4. Гомеостатическая схема блоков метаболической и информационных потребностей организма человека в иерархической структуре управления информационными потоками

 Особенности динамики организации нейронных ансамблей
 коры головного мозга

 Принципиальной особенностью функциональной организации коры мозга является вероятностный механизм формирования дискретной мозаики из элементарных ансамблей нейронов, их рабочих модулей. Каждый элементарный нейронный ансамбль состоит из нескольких десятков нервных клеток, занимающих в тангенциальной плоскости участок от 100–200 до 600–1000 мкм в разных функциональных топографических участках коры. В центрах ансамблей находятся первично возбуждающиеся, коротколатентные, стабильно реагирующие нейроны, образующие «скелет» мозаики. Они активируют окружающие вторично возбуждающиеся, длиннолатентные, вероятностно реагирующие нейроны, образующие подвижный «материал» для приспособительных перестроек. При этом свойства гомеостатического приспособления элементарных нейронных ансамблей к реагированию на разные стимулы даже при частичных повреждениях проявляются в том, что за счет перераспределения связей и активности вероятно реагирующих нейронов статистически достигается в каждом элементарном ансамбле уровень активности, необходимый для возникновения корковой мозаики, адекватной действующему стимулу. Такие свойства гомеостатической самоорганизации на микроуровне лежат в фундаменте пластичности мозга и на макроуровне его деятельности.
 Важно отметить, что функциональная организация нейронного ансамбля той или иной проекционной зоны происходит по мере созревания коры головного мозга под непрерывным действием приходящих афферентных стимулов. Топическое положение первично реагирующего нейрона в коре головного мозга определяет его целевую функцию (Информация, которая оценивается как по входным, так и по выходным потокам, т.е. сравнивается между собой и регулируется, называется в теории управления рабочей информацией или — более жестко — целевой функцией или целевой установкой.) и, как следствие, специфическую адаптацию связей рекрутируемых вторично реагирующих нейронов в систему ансамбля. Даже в пределах одного цитоархитектонического поля кора будет представлять собой неоднородное образование вследствие отличающихся задач, выполняемых элементарными ансамблями рабочих модулей.
 В период роста и развития организма, созревания нервной системы типичные стимулы будут вызывать возбуждение первичнореагирующего нейрона, который, в свою очередь, возбуждать окружающие его длиннолатентные, вероятностно реагирующие нейроны. Диффузное (вероятностное) распространение сигнала по рабочему ансамблю будет постепенно формироваться во все более четко ограниченные пути его распространения, которые оптимальным образом преобразовывают текущий поток информации. Процесс адаптации по целевой функции возможен за счет механизма сравнения входных и выходных значений сигналов и их сравнения с параллельными аналогичными потоками, но приходящими по независимым сенсорным путям. Изначально качественно разные носители информации (например, различные комбинации: зрение, слух и осязание; вкус, температура, осязание, слух и пр.), конвертируются в универсальные, и потому могут между собой сравниваться.
 Статистически более вероятные пути прохождения возбуждения под действием импульсов вызывают в ядрах нейронов активацию генов, которые кодируют синтез олигопептидов. Внутриклеточный транспорт переносит олигопептиды к наружной мембране и они встраиваются в поверхность клетки, снижая ее порог возбудимости. Кроме того, возможно, что они способствуют прорастанию шипиков и увеличению количества синапсов в направлениях передачи потоков информации.
 Еще одним немаловажным механизмом, способствующим целевой адаптации нейронной цитоархитектоники, может быть интерференция полей, индуцируемых динамикой электрохимических потенциалов массы мозга. Интерференционная картина повышенного и пониженного распределения электрического потенциала на отдельных телах нейронов и их отростков увеличивает или уменьшает вероятность направленного прохождения сигнала от клетки к клетке, организуя систему обработки информации.
 Рассмотрим физико–математические аспекты структурной адаптации по целевой функции.

 Заключение

 Методология анализа проблемы осознания основана на гомеостатическом принципе организации систем переработки информации. Высшее достижение эволюции — саморефлектирующий субъект, к которому человек пока относит только самого себя, обладает соответствующим самонастраивающимся аппаратом приема, переработки–преобразования и выдачи информации во внешнюю среду. До сих пор этот аппарат, несмотря на значительные исследовательские усилия, является притягательной тайной. Раскрытие механизмов работы высших отделов центральной нервной системы даст в руки человечества новые мощные технические средства познания себя и мира, гармоничных взаимоотношений Человечества с Природой.
 В работе показан возможный нейрофизиологический механизм явления рефлексии. Зеркалом, на котором происходит рефлексия внешнего мира, есть матрица параметров внутренней среды организма и их отношений. Становление механизма осознания происходит в онтогенетическом непрерывном взаимодействии развивающегося будущего субъекта с разнообразными потоками информации из внешней среды. Каждый этап развития цитоархитектоники нейронной структуры сопровождается своей спецификой фильтрации информационных потоков, развития аппарата их анализа и синтеза в модели внешней и внутренней среды, характерные данному этапу развития. Если основные моторно–сенсорные зоны анализа и синтеза созревают к 5-12 годам и затем только совершенствуются, то вербальные и символьно–абстрактные понятия развиваются практически всю сознательную дальнейшую жизнь человека. На отрезке жизни, когда происходит развитие нейронных связей, воспринимаемые стереотипные стимулы формируют достаточно «жесткие» морфологические связи (сильные связи) между нейронами, по которым распространяется возбуждение, производящее афферентный и эфферентный синтез. После созревания коры условно–рефлекторные связи формируются ассоциативной корой головного мозга, за счет структурной организации связей элементарных нейронных ансамблей и они фиксируются изменением проведения возбуждения мембран по путям обработки информации за счет синтеза олигопептидов и их встраивание в мембраны. Длительное отсутствие подкрепляющих возбуждений уменьшает число молекул олигопептидов и проведение сигнала становится равновероятным с другими возможными путями распространения. Таким образом условный рефлекс угашается. Это средне–жесткие связи. Подобный механизм связан с решением логических и других задач как, например, создание новых понятий. В зависимости от частоты встречаемости подобных задач связи будут как «средне–жесткие», так и вероятностные. Т. е. для решения редко встречающихся подобных задач каждый раз нейронные ансамбли будут формировать логические цепи обработки информации заново.