Возможности изучения мозга с позиций теории фракталов в контексте междисциплинарного подхода

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070

УДК 159.9.016.4

М.Ю. Морозов

Аспирант кафедры философии Московский педагогический государственный университет,

г. Москва, Российская Федерация

ВОЗМОЖНОСТИ ИЗУЧЕНИЯ МОЗГА С ПОЗИЦИЙ ТЕОРИИ ФРАКТАЛОВ В КОНТЕКСТЕ

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПОДХОДА

Аннотация

В статье рассматриваются современные подходы к проблемам изучения высших психических функций мозга в контексте идей синергетики и междисциплинарности. В ходе обсуждения выдвигается гипотеза о фрактальной организации мыслительной деятельности человеческого мозга.

Ключевые слова

Фрактал, нелинейное мышление, синергетика и психология, критические флуктуации, хаотическая

динамика мозга.

Известный физик Я.И. Френкель сформулировал основное различие между живой и неживой природой следующим образом: «Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она ни рассматривалась (физической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь». Именно понимание роли неустойчивости в эволюционном развитии материи является одним из важнейших научных достижений последнего времени. Прошло совсем немного времени с момента предположения, что все новое в мире возникает в результате бифуркаций, а основным свойством и причиной самоорганизации материи в самых разнообразных системах - системах не только физических или химических, но также и в биологических, психологических, социальных - являются состояния неустойчивого равновесия, называемые критическими [1, с. 383].

Примерно с середины XX века в работах ряда ученых физического и физико-химического направления, в частности, И. Пригожина и Г. Хакена стала формироваться новая научная парадигма, основанная на изучении сложных систем вдали от термодинамического равновесия и присущих им свойств неустойчивости, нелинейности, самоорганизованности. В таких системах появляются когерентные структуры, которые охватывают миллионы частиц, действующих совместно; словно подчиняясь указаниям невидимого дирижера - параметра порядка - огромный ансамбль составных элементов звучит согласованно и гармонично, образуя единое целое. Еще одна особенность сложных самоорганизующихся систем заключается в непрогнозируемости их эволюционного поведения, когда даже небольшое различие в начальных условиях приводит к очень большим различиям в конечном результате. Небольшое возмущение или ошибка ведут к большим последствиям, и на длительных временных промежутках становится невозможным предсказать поведение таких систем.

Науки о мозге долгое время находились под влиянием традиционной для XIX и первой половины XX века парадигмы устойчивых состояний и детерминизма. В традиционной психологии и нейрофизиологии мозг рассматривается как сложная система, находящаяся в состоянии устойчивого равновесия. Однако, несмотря на существенные успешные результаты даже в рамках традиционной научной парадигмы (понятие о конкретном механизме функционирования нейронов, законы проведения нервного импульса, понятия о рефлексах и др.), фундаментальные принципы работы мозга не могли быть выявлены в подходе, основанном на изучении устойчивых процессов и явлений. Только в последнее время была сформулирована достаточно простая мысль о том, что свойства процессов и явлений на любом уровне организации материи есть одновременно и конечный результат предшествующей эволюции, и сами принципы этой эволюционной самоорганизации. Поскольку мозг человека часто рассматривается, как финал биологической эволюции, имеет смысл описывать законы функционирования мозга на основе тех принципов самоорганизации,

142

№11/2015

ISSN 2410-6070

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА»

которые изучают в синергетике.

Начать следует с того, что все биологические системы отличаются необычайной сложностью. Большинство их состоит из гигантского числа клеток, каждая из которых в свою очередь также является сложной системой, откуда можно сделать вывод о фрактальной природе их организации. Кроме того, все эти системы обладают весьма сложным поведением. Одна из наиболее поразительных особенностей живых организмов - кооперативная деятельность многочисленных клеток, которая проявляется, например, в координации мышц при передвижении или других движениях. Столь же высокая координация наблюдается при дыхании, сердцебиении и кровообращении. На еще более высоком уровне, в головном мозге человека, огромное количество клеток целенаправленно кооперируют свою деятельность, что делает возможными чувственное восприятие, мышление, эмоции, устную и письменную речь и другие сложные явления. Во всех этих случаях на макроскопическом уровне возникают новые качества, которые отсутствуют на микроскопическом уровне отдельных клеток и представляют собой феномен синергии.

Одной из величайших загадок биологии, несомненно, следует считать ту высокую степень интеграции, которая присуща взаимосвязи между макро- и микроскопическим уровнями. Но каким образом она возникает? В XX веке знаменитый нейрофизиолог Джон Экклс и философ науки Карл Поппер совместно написали книгу «Self and Its Brain», в которой в известной степени представили Я как программиста, а его Мозг как компьютер. В контексте синергетики исследования мозга исходят из совершенно иной точки зрения: вместо допущения о том, что интеграция обусловлена некими организующими центрами, некими «программистами», исследователи развивают идею самоорганизации, которая может быть применена к широкому кругу разнообразных явлений, связанных с различными видами активности мозга - например, поведением, мышлением и когнитивной деятельностью [1, с. 5].

Одним из основных принципов работы мозга человека, принятых в синергетике, является функционирование мозга вблизи критического состояния. Это объясняет его чрезвычайную чувствительность к малейшим изменениям, как внешних стимулов, так и внутренних психических процессов, и указывает на то, что мозг как сложная система функционирует вблизи бифуркационного состояния. Исследования показывают, что такие явления, как сознание и подсознание, синестезия, творчество, нейропластичность, синхронизация как механизм интегративной функции, восприятие и распознавание образов также связаны с феноменологией критических процессов. Определение механизма функционирования мозга в критическом состоянии автоматически дает нам возможность рассматривать это состояние, используя понятийный и математический аппараты нелинейной динамики и теории фракталов; в частности, можно говорить о функциональных системах головного мозга в контексте неравновесных фазовых переходов, а значит и о наличии в этих переходах флуктуаций - колебаний, пространственных структур, хаоса.

Простейший неравновесный фазовый переход можно описать с помощью модели Гинзбурга-Ландау. Потенциальная функция такой модели

V (л, a) = — х4 +— ax2, 4 2

где х - параметр порядка, a - управляющий параметр; эта функция имеет один минимум при а>0 и два минимума при а<0. Фазовый переход происходит при переходе параметра через а=0. При изменении управляющего параметра около нуля имеет место промежуточная ситуация, когда минимум у функции только один, но дно его - широкое и плоское. Такое состояние и называется критическим, в таких условиях система очень чувствительна к любым воздействиям. Резкий рост интенсивности флуктуаций вблизи критического состояния называется критическими флуктуациями.

В 1966 году Лео Каданов сформулировал гипотезу о масштабной инвариантности (фрактальности) флуктуаций в критической точке. Корреляционная функция Cr в окрестности критической точки спадает по очень быстрому экспоненциальному закону

C = в~

где Е называется корреляционной длиной и служит тем характерным размером, за которым

143

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070

корреляционная функция становится очень малой. В самой критической точке экспоненциальный закон спада сменяется на значительно более медленный степенной

C = B

C rv ’

если корреляции спадают по этому закону, то система называется «scale free», т.е. не имеющей масштаба [3, с. 31].

Принимая во внимание хорошо изученные нейробиологические механизмы возбуждения ансамблей корковых нейронов, а также фрактальные свойства фундаментального процесса самоорганизации сложных систем при совершении фазовых переходов в результате бифуркаций, можно выдвинуть гипотезу о фрактальной природе организации мыслительной деятельности человеческого мозга. Само рождение мысли

H. Бехтерева предлагала рассматривать, как «результат перехода от хаоса (хаотичных нервных импульсов) к порядку - в сформировавшуюся конструктивную единицу, которая может быть реализована в виде конкретных речевых логических конструкций» [4, с. 278]. Фрактальность же, как показывают многочисленные исследования поведения сложных систем различной природы, служит естественным промежуточным состоянием между порядком и хаосом [5, с. 9, 21, 38, 76, 125 и др.].

Поскольку механизм функционирования человеческого мышления - одна из наиболее фундаментальных, обширных тем философского исследования, актуальная во все времена, изучение детерминант и факторов деятельности человека, а в особенности творческой научно-интеллектуальной деятельности, отводит работе мышления главенствующую роль, вне зависимости от области применения. И в контексте междисциплинарного подхода к изучению мозга именно методология современной философии науки с использованием богатого математического и понятийного аппарата синергетики и теории фракталов становится той платформой, на которой можно вести изучение заявленной нами проблемы.

Список использованной литературы:

I. Философия науки. Микешина Л.А. Издательский дом Международного университета в Москве. 2006 г. - 440 с.

2. Принципы работы головного мозга. Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности. Герман Хакен. Изд-во ПЕР СЭ. 2001 г. - 352 с.

3. Синергетика мозга. Евин И.А. 2005 г. - 108 с.

4. Бехтерева Н. Магия мозга и лабиринты жизни. - М.: АСТ; СПб.: Сова, 2007. - 349 с.

5. Синергетика и психология. Тексты. Выпуск 3. Когнитивные процессы. Под ред. Аршинова В.И. 2004 г. - 416 с.

© Морозов М. Ю., 2015 г.

УДК 006.72; 331

В.Я. Сибилева

аспирант Института Экономики и менеджмента Московский государственный университет дизайна и технологии, г. Москва, РФ

А.П. Антонов

к.т.н., доцент кафедры Экономики и менеджмента Московский государственный университет дизайна и технологии, г. Москва, РФ

ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ОПРЕДЕЛЁННОЙ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ГОСТА Р ИСО 704-2010

Аннотация

Терминологическая система формируется в рамках определенной предметной области. Понятия в пределах одной предметной области всегда связаны между собой. Предметная область устанавливает

144