Травмы и тренировки могут изменить работу только одной из префронтальных долей благодаря свойству латерализации (разделению функций) и локальной пластичности мозга. Поскольку левая и правая доли изначально вовлечены в разные когнитивные и эмоциональные процессы, избирательное воздействие меняет их биохимию и структуру независимо друг от друга.
Получается, что две половинки мозга обеспечивают не одинаковое субъективное состояние, а вместе во многом дополняют одна другую. Но у субъекта в норме не наблюдается конфликт от таких различий, потому что эти различия с самого рождения входят в общую, согласованную систему развития с общими гомеостатическими целями. Главным координатором между половинками мозга является мозолистое тело.
Мозолистое тело обеспечивает взаимное торможение при выполнении действий: если левая доля (активация, движение вперед) запускает действие, она одновременно посылает тормозящий сигнал в правую долю (торможение, оценка рисков). Этот механизм не дает двум разным командам исполниться одновременно. Субъект видит не борьбу двух половин, а одно взвешенное решение.
Так что обе половинки рассматривают своих партнеров как дополнение внешней среды, которую нужно постоянно учитывать.
Ствол мозга и гипоталамус - древние отделы регулируют выживание, дыхание, сон и базовые биологические потребности. Они одинаковы для обоих полушарий. Какие бы разные стратегии ни предлагали левая и правая доли, их конечная цель одна — обеспечить выживание и стабильность (гомеостаз) всего организма.
Поскольку мозг развивается постепенно от рождения до ~25 лет, механизмы интеграции полушарий созревают вместе с усложнением поведения. Левая и правая доли учатся взаимодействовать на микроуровне с первых дней жизни, подстраиваясь под гормональный фон и генетическую программу единого организма.
Конфликт возникает только при патологиях. Например, при хирургическом рассечении мозолистого тела (синдром «расщепленного мозга») у пациентов буквально возникает конфликт: одна рука может застегивать рубашку, а другая в это же время — расстегивать ее, так как полушария теряют способность согласовывать свои разные гомеостатические стратегии.
Если бы каким-то чудом удалось пересадить половинку другого мозга на место отсутствующей по каким-то причинам и согласовать ее со связями мозолистого тела, то общей работы двух половинок не получилось бы, потому что отсутствуют все необходимые для этого последовательности учета работы другой половинки, в виде множества корректирующих и согласующих “внутренних рефлексов”, в том числе рефлексов мозжечка.
Мозжечок строит микросекундные прогнозы для движений и мыслей на основе заданной цели действий. Он точно «знает», сколько импульсов нужно послать в кору, чтобы скорректировать действие. Чужое полушарие будет обладать совершенно другими анатомическими пропорциями, весом, длиной проводящих путей и плотностью рецепторов. Мозжечок «родной» стороны не сможет просчитать траекторию и логику сигналов «чужака». Вся система моторного и когнитивного контроля рухнет в хаос, так как корректирующие рефлексы окажутся слепы.
Как развивалась эволюция адаптивной функциональности каждой половинки (fornit.ru/102713) и как все организовано вплоть до работы психики, сегодня уже достаточно хорошо известно и полноценно смоделировано в виде нескольких программных прототипов (fornit.ru/102542).
Здесь попробуем исследовать то, как такая система обеспечивает взаимно дополняющую параллельность работы, в чем преимущество у человека и осьминога, у которого не две половинки, а девять основных модулей «восприятия-решения-действия», которые дополняются сотнями локальных подмодулей. Каковые перспективы разработки искусственных живых существ с оптимизированным числом таких моделей.
Параллельность обработки у человека
Бывают люди, у которых есть только одна половинка мозга.
Ограничения
1. Двигательная сфера и сенсорика. Наиболее очевидные последствия — это контралатеральный гемипарез (слабость) и гемианопсия (выпадение половины поля зрения) на стороне, противоположной удаленному полушарию. Человек может ходить, бегать и даже танцевать, но рука на пораженной стороне, как правило, остается малоподвижной.
2. Речь. Последствия для речи зависят от того, какое полушарие удалено, и, что критически важно, — от возраста операции. У большинства людей центр речи находится в левом полушарии. Если его удаляют у взрослого, наступает тяжелая афазия. Однако у детей, благодаря пластичности, правое полушарие может взять на себя речевые функции. Тем не менее, даже в этом случае тонкие аспекты, например, синтаксис, могут оставаться нарушенными.
3. Высшие когнитивные функции: распознавание лиц и слов. Исследование, сравнивавшее пациентов с гемисферэктомией с нормой, показало интересный результат. С одной стороны, точность распознавания лиц и слов у пациентов с одним полушарием превышала 80% — удивительно высокий результат для столь радикального вмешательства. С другой стороны, она была статистически значимо ниже, чем у здоровых людей из контрольной группы. При этом не имело значения, какое полушарие сохранено — левое или правое. Итог распознавания оказался взаимно согласованной работой двух полушарий с выбором наиболее адекватного результата. Такой выбор выполняется не на уровне примитивов распознавания, а на уровне осмысления распознанных образов.
Одно полушарие способно освоить обе функции (распознавание лиц и слов), но делает это субоптимально.
Роль мозжечка
Вспомним, что мозжечок строит микросекундные прогнозы на основе «родных» анатомических пропорций, и чужое полушарие он не может просчитать. При гемисферэктомии (особенно выполненной в раннем детстве) этот конфликт не возникает, потому что целостная система «родного» полушария + мозжечок + ствол мозга развивается вместе с самого начала. Оставшееся полушарие не является «чужим»; оно — единственное «родное» для данной нервной системы. Процессы компенсации, такие как усиление ипсилатеральных кортикоспинальных путей (нервных трактов, идущих от сохранного полушария к той же стороне тела), формируются постепенно, и все прогностические механизмы подстраиваются под них. Ключевой фактор успеха — возраст: чем раньше произошла операция, тем полнее компенсация. Мозжечок «знает» своё полушарие с первых дней жизни или учится его «знать» с самого раннего возраста.
Эффекты расщепленного мозга
Чтобы лучше понять, насколько критична роль мозолистого тела, можно сравнить гемисферэктомию с другим состоянием — синдромом «расщепленного мозга» (корпус каллотомия), когда мозолистое тело рассекают хирургически, оставляя оба полушария на месте. В этом случае у пациентов действительно возникает конфликт: одна рука может застегивать пуговицы, а другая — расстегивать. Поскольку оба полушария сохранены, но лишены связи, их разные гомеостатические стратегии вступают в противоречие. Этот конфликт, как правило, со временем ослабевает благодаря пластичности и компенсаторной роли других адаптивных систем и обучения совместному сосуществованию, но он ярко демонстрирует, что согласование разных стратегий требует специального механизма.
Параллельность обработки у осьминога
Нервная система осьминога радикально децентрализована: в ней распределено около 500 миллионов нейронов. Вместо единого командного центра этот моллюск использует иерархическую структуру, состоящую из следующих функциональных блоков.
1. Высший интегрирующий модуль (1 центральный мозг)
Находится в голове (окружает пищевод) и содержит около 40% всех нейронов организма (~45–50 млн).
Отвечает за стратегическое планирование, долговременную память, обучение, общую координацию и принятие глобальных решений. Он не управляет каждым микродвижением, а выдает щупальцам высокоуровневые команды («плыть», «спрятаться», «атаковать»).
2. Периферийные исполнительные модули (8 «мозгов» в щупальцах)
В каждом из 8 щупалец пролегает собственный осевой нервный тяж (axial nerve cord), где суммарно сосредоточено до 60% всех нейронов осьминога (~300–350 млн). Каждое щупальце является полноценной замкнутой петлей «восприятие-решение-действие»:
- Восприятие: Химические и тактильные рецепторы на присосках собирают информацию о вкусе, текстуре и форме предметов.
- Решение: Местные ганглии обрабатывают этот сигнал на месте, минуя головной мозг.
- Действие: Щупальце само рассчитывает траекторию, сгибается, нащупывает добычу или обходит препятствие. Даже ампутированное щупальце продолжает самостоятельно ловить пищу и уворачиваться от раздражителей.
Внутри каждого щупальца система делится на ещё более мелкие сегменты. Каждая отдельная присоска имеет свой локальный мини-ганглий. Это позволяет присоске совершать изолированные действия — например, исследовать крошечную щель в камне, оценивать вкус предмета и сокращаться независимо от остальной части щупальца.
Как они согласуются без конфликта?
В отличие от гипотетического сшивания половин человеческого мозга, распределенный разум осьминога эволюционно приспособлен к автономии.
- Щупальца общаются между собой напрямую через специальные межрукие нервные связки (интрамускулярные нервные тяжи) в обход центрального мозга, согласовывая движения друг с другом.
- Центральный мозг осуществляет нисходящий контроль (top-down control). Он может в любой момент отменять действия любого щупальца, перехватить управление для общей координации (например, при маскировке или бегстве от хищника) или запустить общую для всех конечностей моторную программу.
Базовые алгоритмы адаптивности и принципы эволюции психики инвариантны, поэтому распределенная нервная система осьминога использует те же функциональные этапы сознания (фиксация новизны, оценка, память) для