CC BY
299
УДК 159.925.2:165.324
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МОЗГ КАК ФРАКТАЛЬНАЯ ГОЛОГРАММА ВНЕШНЕГО НЕЛИНЕЙНОГО МИРА
Ю.Н.Белокопытов1
Сибирский государственный технологический университет, 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.
Анализируются успехи и неудачи российских и зарубежных специалистов в исследовании человеческого мозга. В связи с тем, что различные дисциплины в изучении мозга ощущают кризис, предлагается фрактально -синергетический подход к исследованию этого сложнейшего феномена. Гипотетически обосновывается новая перспективная концепция в изучении человеческого мозга, которая может дать ответы на многие неразрешимые вопросы. Теоретические исследования автора выводят нас на новый интегративный уровень человеческого мозга, а именно познания окружающего мира и возникновения новых голографических свойств. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: фрактальность мира; сложность исследования мозгом самого себя; универсальность процессов самоорганизации; синергетическое исследование мозга; самоорганизация нейронных сетей.
HUMAN BRAIN AS A FRACTAL HOLOGRAM OF EXTERNAL NONLINEAR WORLD Yu. N. Belokopytov
Siberian State Technological University, 82 Mir Av., Krasnoyarsk, 660049.
The article analyzes advances and failures of Russian and foreign specialists in studying human brain. Owing to the crisis in various disciplines occupied in brain research the author proposes a fractal-synergetic approach to the study of this complex phenomenon. A new promising conception for studying human brain, which can answer many unsolvable questions, is grounded hypothetically. Author's theoretical studies lead us to a new integrative level of human brain, namely the cognition of surrounding world and the emergence of new holographic properties. 10 sources.
Key words: world fractality; complexity of brain self-research; universality of self-organization processes; synergetic study of brain; neural network self-organization.
Одна из увлекательных наук - это наука о мозге человека, которая изучает самое сложнейшее создание на нашей планете. Ведущие российские ученые во главе с Н.П. Бехтеревой пытались познать законы активности мозга. Их удачи в многолетнем исследовании - это вклад в научный потенциал страны, а возникшие проблемы и сомнения - это выбор новых подходов и методов в познании феномена [2]. Но как точно подмечено в статье «Мозг человека» известной всем народной «Википедии»: «несмотря на значительный прогресс в изучении головного мозга в последние годы, многое в его работе до сих пор остаётся загадкой. Функционирование отдельных клеток достаточно хорошо объяснено, однако понимание того, как в результате взаимодействия тысяч и миллионов нейронов мозг функционирует как целое, доступно лишь в очень упрощённом виде и требует дальнейших глубоких исследований» [4].
По мнению другого исследователя Т.В. Черниговской, все более усложняющиеся экспериментальные методы не дают заметного продвижения вперед. «Мы сталкиваемся с парадоксом: мозг находится в мире, а мир - в мозге и в большей степени им определяется» [9, с.41]. Два мира существуют параллельно друг другу и непроницаемы. В исследовании же окружающий
мир и мозг должны сливаться в единое целое. Требуется новое, единое основание, отличное от классических понятий: материи и энергии. Поэтому описание нейрофизиологических процессов мозга и ментальных состояний в проведенных исследованиях не помогает ответить на вопрос, как поведение нейронной сети порождает новые явления высокого порядка, а именно чувства, сознание, рефлексию. Т.В. Черниговская делает вывод, что «изучение таких сложных проблем возможно только при конвергенции различных областей знаний - гуманитарных, естественных и точных, при непременном участии специалистов по нейронау-кам, лингвистике и психологии, аналитической философии, моделированию сложных процессов в системах искусственного интеллекта и т.д.» [9, с.46].
Самая большая сложность исследования заключается в том, что мозг изучает самого себя. Основа (конвергенция) должна базироваться на возникновении сходства в структуре и функциях самых различных систем в процессе эволюции и развития. В нашем случае - систем окружающего мира и мозга. Преодолеть эту проблему можно только на основе новой фундаментальной парадигмы. Основатели синергети-ческой парадигмы И. Пригожин [7] и Г. Хакен [8] считают, что принципы самоорганизации систем едины,
1Белокопытов Юрий Николаевич, доктор психологических наук, профессор кафедры управления персоналом, тел.: 2653641, e-mail: iura.belov@yandex.ru
Belokopytov Yuri, Doctor of Psychology, Professor of the Department of Human Resources Management, tel.: 2653641, e-mail: iura.belov@yandex.ru
начиная от мельчайших атомов и заканчивая большими галактиками, включая и нейронные сети мозга.
Классическое миропонимание окружающего нас мира разрушает М. Мойер [5, с. 24-33]. Он считает, что пространство не гладко и не непрерывно. Оно состоит из крошечных кусочков (битов) - цифровое. Вся вселенная состоит из определенной разновидности информации. Пространство и время, таким образом, представляются на новой фундаментальной связи с теорией информации.
По Д. Бому, всё, включая материю и сознание, функционально оказывает влияние на целое, а посредством целого - и на все компоненты. В своей теории «голодвижения» (1ю1отшетеп^ ученый предполагал, что «каждый пространственно-временной участок мира содержит в себе весь порядок вселенной. Это включает в себя как прошлое, так и настоящее и будущее. Подобно голограмме, где каждый сегмент содержит информацию о целом запечатлённом объекте, каждый участок воспринимаемого нами мира содержит в себе полную информацию о структуре вселенной или целого мира. В этой холистской концепции никто и ничто в нашей жизни не остров. Всё, включая мысли и поступки, произрастает из единой основы, приводя к тому, что любое изменение в одной части мира немедленно сопровождается или отражается в соответствующих изменениях во всех остальных частях. Эти теории Бома были использованы американским нейропсихологом К.Прибрамом, рассматривавшим мозг как голографическую структуру» [3].
Таким образом, в первой части нашей статьи описывается фрактальная модель познания мира, которая неразрывно связана с процессами самоорганизации. Эта концепция выведена нами из нескольких существующих проблем исследования мозга и вышеописанных постулатов. Генетически раскрываются те области знания, из которых складывается синергетика фрактальных систем. Эти источники отражаются как история отдельных наук: математики (фрактальные множества), физиологии органов чувств (человеческий мозг), а также психологии (развитие самоорганизующихся психологических систем).
Нами обосновывается фрактальность внешнего нелинейного мира. Для этого был проведен анализ различных моделей восприятия мира с уточнением, что определенному интервалу развития науки соответствуют чаще всего несколько моделей. В авторском исследовании раскрываются и обосновываются две модели: синергетическая и фрактальная. Синер-гетическая модель строится на основе междисциплинарного синтеза знаний и позволяет исследователю целостно воспринимать окружающий мир. Особое место уделяется физике, которая составляет несущие этажи природы и наиболее полно изучена с точки зрения самоорганизации систем. На смену модели равновесного, рассыпающегося мира приходит интегра-тивная модель неравновесных, самоорганизующихся систем.
Фрактальная модель базируется на математической основе, а в философских исследованиях результаты математики и физики очень часто выступают
доказательством теоретических выводов. Доказывается, что основой нелинейных структур внешнего мира выступает геометрический самоподобный фрактал. Исходными, отправными положениями концепции автора явилась геометрическая теория мира Платона, которая была дополнена идеями Г.В. Лейбница о согласованности и взаимосвязи элементов, которые, по его мнению, повторяют себя на других масштабных уровнях.
Изучение естественных фрактальных структур дает нам возможность глубже понять процессы самоорганизации и развития нелинейных систем. Большинство поверхностей объектов окружающего нас мира фрактальны и являются зазубренными и шероховатыми. Хотя долгое время в науке изучались только отполированные, геометрически сглаженные поверхности объектов. Математиком Б. Мандельбротом [10] вводится понятие фрактала, которое более адекватно отражает морфологию бесформенных тел, учитывая особенности строения мира. Им описывается широкое множество объектов, начиная от береговой линии, сплавов металлов, силуэтов облаков, и до множества других естественных и искусственных объектов. Автором впервые переносится модель фрактальной структуры на нейронные сети человеческого мозга и психологические структуры. Под фракталом в исследовании понимается некое образование, обладающее свойством самоподобия и самоаффинности. Он обладает регулярной геометрической структурой, где каждый фрагмент фрактала повторяет всю структурную конструкцию в целом.
Фрактал раскрывается как становление структурного порядка из хаоса, при некотором нарушении симметрии. Для фрактала вводится понятие размерности, предложенное Б. Мандельбротом в качестве меры извилистости. Понятие фрактал означает «дробный», а, следовательно, и его размерность будет принимать дробные значения. Этот континуум изменяется от 0 до 3. При этом размерность точки равна нулю; линии - единице; плоскости - двум; объемной фигуры - трем. Размерность целых чисел для фрактала составляет довольно большую редкость. Например, пылинки на страницах книги будут иметь дробную размерность больше нуля. В зависимости от наблюдателя размерность фрактала может изменяться. Клубок ниток на большом расстоянии будет являться точкой; с более близкого расстояния будет виден диск; при дальнейшем приближении соответственно будет выглядеть как объемный шарик; наконец, вблизи можно различить его отдельную нить. Следовательно, этому будет соответствовать следующий ряд размерностей: 0, 2, 3, 1.
На основании сходства процессов самоорганизации, выстраивается иерархия уровней взаимосвязанных систем: физический мир, нейронные сети человеческого мозга и психологическая система. Именно эти уровни определяют геометрический порядок в мире. Согласно концепции автора, фрактальная картина мира, отраженная в человеческом мозге, в нейронных сетях самоорганизуется на другом, более высоком уровне и будет иметь также фрактальную структуру,
то есть структуру, самоподобную и самоаффинную внутреннему миру. Следовательно, вновь образованные нейронные связи смогут задавать структуру взаимодействия людей, выраженную в развитии психологической системы (поведение группы, коллектива, команды). Учитывая условия, что образование фрактала происходит по единой математической формуле, в которой строго определены параметры, а формирующаяся структура гармонична, то все три уровня: структура внешнего мира, структура нейронных сетей человеческого мозга и структура взаимодействия индивидов - будут определяться одним самоподобным фракталом. Именно создание такой фрактальной геометрии отвечает самоорганизации систем целостного реального мира.
Распространяем фрактальное свойство систем на психологический мир, интерпретируя их с самых широких позиций развития и единства мира, которые отличаются друг от друга пространственно-временными масштабами. Выделенные нами уровни фрактальной картины мира синергетически объединяем в динамическую нелинейную систему, с множеством различных значений размерности. Получаем целостную структуру и характеризуем ее как мультифрактал.
Вводим уточнение, согласно которому между фракталом и аттрактором наблюдается сходство. При этом множество явлений в неживой и живой природе описывается понятиями стоков, циклов, аттракторов и странных аттракторов. Подобные феномены должны раскрываться на основе единой фрактальной структуры. При размерности больше двух, но менее трех проявляются свойства странного аттрактора Лоренца. В переводе с английского странный аттрактор означает «притягиватель». Под ним понимается множество траекторий в фазовом пространстве. Он также притягивает различные траектории, которые лежат в окрестности аттрактора. Таким образом, фрактальная структура приобретает определенный порядок, а сам фрактал становится весьма удобной моделью для исследования самоорганизации и развития нелинейных систем.
Итак, диалектическая концепция развития подтверждается синергетикой и теорией фракталов. Она опирается на физическую термодинамику и математическую теорию множеств, системный и структурный подходы, которые трактуют процессы развития неживой и живой природы с помощью нелинейных методов познания мира, благодаря универсальности самоорганизующихся процессов различных уровней.
Во второй части нашей статьи человеческий мозг также представлен как фрактальная голограмма. Мозг отражает окружающий мир. Он является элементом более широкой системы. Делается акцент на структурно-функциональных механизмах мозга. Человеческий мозг так же, как и многие другие системы, работает в нелинейном, хаотическом режиме. В нем постоянно идут процессы самоорганизации нейронных структур.
Основой малоисследованных феноменов является нелинейная динамика. Функционирование человеческого мозга представлено как целостная нелиней-
ная система внешнего и внутреннего мира. Для познания самоорганизации таких нелинейных систем необходим новый синергетический подход, ибо изучение отдельных уровней составляющих ее систем различными отдельными методами не дает полной, всеобъемлющей картины целого. Хотя и применяются довольно сложные измерения электрических и магнитных полей мозга, создающихся в процессе взаимодействия многих нейронов. Важно отметить, что в отличие от традиционного подхода при синергетиче-ском подходе оперируют не отдельными клетками, а нейронной сетью.
Одним из направлений моделирования нейроси-стем является нейрокомпьютер, который функционирует на основе модели самоорганизации и соответственно дает возможность изучать объединение нейронов в систему с определенными свойствами поведения. При этом отметим, что существуют коренные различия между активностью мозга и моделирующей его машиной. Параллельные процессы функционирующего мозга не соответствуют последовательным процессам ПЭВМ. Если в компьютерном алгоритме программа жестко задана, то в новой трактовке нейросеть самоорганизуется.
Кроме того, если убрать в целостной системе какое-либо звено или компоненту, то свойства сложной системы будут уже совсем иными, что требует совсем другого подхода в исследовании. В данном случае исследователи оставляют за рамками системы внешний многоуровневый мир и изучают только нейронную сеть мозга, его внутренний мир. Значит, получаемые на такой модели, в результате моделирования, данные будут неадекватны, ввиду несоответствия локальной модели многоуровневой реальности иерархий внешнего и внутреннего мира.
Мы синергетически восполняем этот пробел и изучаем их на микро- и макроуровне, в их целостном единстве. Для этого и необходим новый нетрадиционный подход. То есть имеет смысл говорить об иерархии параметров порядка при объяснении функционирования такой сложнейшей системы, как мозг. Поэтому коллективные переменные (параметры порядка) должны при моделировании системы демонстрировать неустойчивость и бифуркации. При таких условиях поведение нелинейной системы можно описывать простым универсальным уравнением, со строго ограниченным набором параметров, отражающих фрактальные закономерности. В таком случае нейроны являются подчиненными частями, а мысли выступают параметрами порядка.
В поведении разноуровневых нелинейных систем вблизи критических точек существует много сходного, и объяснить целостный синергетический эффект возможно только на основе самоорганизации внешнего и внутреннего мира, где синергетическим ядром выступает человеческий мозг. Поэтому для познания нелинейных систем, которые более сложны по сравнению с линейными, мы будем основываться не на парадигме линзы, а на парадигме голограммы (термины, введенные Бомом).
Суть этой концепции сводится к следующему.
Внешний физический мир взаимодействует с внутренним психическим миром. Результатом их взаимодействия является мир идей. По мнению К. Прибрама [6], основополагающей идеей голографической гипотезы является нейрологическая модель того, что приводит к определенному распределению информации; к ее быстрому доступу; к способности построения образов; к некоторым свойствам ассоциативного воспоминания.
Среди ряда самых разнообразных моделей,
предложенных исследователями различных дисциплин, мы будем придерживаться определения лазер-но-голографической парадигмы Хакена-Бома, основанной на интерферирующих волнах в мозговых сплетениях, рассматривая ее как новую коммуникативную среду, где прослеживается синергетическая связь психического, чувственного, ментального, телесного, материального как подсистем, которые вовлекаются в процессы самоорганизации. В этом комплексе связей и реализуется наше присутствие в меняющемся мире. По мнению И. Пригожина и Г. Ни-колис, сфера подобного моделирования простирается далеко за пределы физики или химии. Каждый данный момент в нашем мозгу происходит сканирование впечатлений, сопоставление наблюдений с уже сформировавшимися образами. Только такое, по мнению ученых, описание даст возможность преодолеть ограниченность квантовой механики и теории относительности в картине мира.
По нашему мнению, именно это дает возможность соединить разные уровни в единую целостную систему, основанную уже не на линзовом порядке, а на синергетическом порядке хаотических элементов и фрактальности систем. Самоорганизация подобных систем и прогноз их развития становятся возможными на основе моделирования фрактально-синергетической модели. Следовательно, на основе предложенной парадигмы раскрывается возможность адекватно исследовать и познавать сложные системы самых различных субстратных структур.
В третьей части статьи характеризуются основные направления исследования человеческого мозга для объединения их в целостную систему. Для этого дается современный анализ исследования человека как биосоциальной и психологической функционирующих систем. С точки зрения кибернетики вскрываются механизмы управления многоуровневыми системами. Такой процесс называют гомеостазом, когда функционирование прямых и обратных связей в системе колеблется, подстраиваясь под изменившиеся условия. Иерархическая система связей выстраивается на основе иерархии гомеостаза. В функционировании человеческого мозга целостно реализуются положения самоорганизации и самоуправления. Много-ярусность связей представляет собой иерархию информационных потоков, где каждый из селективных потоков (циклов) имеет чувствительность только к определенному воздействию. В соподчиненных системах каждый цикл автоматически запускается после предыдущего. Описывается информационный «язык» командных сигналов, который носит волновой харак-
тер. Прямые и обратные связи при функционировании всей сложной системы образуют колебательный процесс. При условии, что если параметры системы имеют определенное соотношение, то за счет автоколебаний осуществляется устойчивое динамическое состояние системы.
Важным свойством незатухающих колебаний (автоколебаний) выступает предельный цикл. Автором обосновывается положение, что функционирование человеческого мозга может быть представлено как психофизический аттрактор, в котором действуют физические и биохимические законы. В самоорганизующихся нейронных сетях функционирует огромный объем информации. Поэтому необходимо отметить, что важными качествами мозга как системы выступает возможность вести параллельную обработку информации и иметь постоянную способность к самообучению. При этом странный аттрактор, выступающий в исследовании моделью самоорганизации нейронных сетей мозга, должен обладать свойствами большого объема динамической памяти и хорошей сжимаемостью. Если существование предельных циклов является идеальным вариантом для сжатия информации, то странный аттрактор весьма удобен для хранения селективной, динамической информации. Эффект сжатия информации возрастает при разрастании хаотичности клубка траекторий, то есть с увеличением фрактальной размерности аттрактора. Важная роль в этих процессах принадлежит асимметрии мозга.
Согласно основаниям синергетической и фрактальной моделей, каждому элементу информации в траекториях аттрактора соответствует один из циклов, которых в хаотическом аттракторе содержится бесконечное множество. Такая структурная модель позволяет извлечь информацию при очень малых энергетических затратах. Дискретность динамической системы отражается целочисленностью (счетностью) ее параметров. При этом настройка на определенный цикл происходит посредством выбора параметра. Таким образом, владея определенным ключом (кодом), можно извлечь закодированную информацию из, казалось бы, хаотичного клубка траекторий. В деятельности человеческого мозга кодирование и декодирование информации происходит на основе гологра-фического принципа.
Фрактальная структура нейронных сетей головного мозга может быть представлена как голограмма. Основываясь на неравновесных фазовых переходах лазера, отраженных в синергетическом подходе Г. Ха-кена, на голографической модели человеческого мозга, разработанных К. Прибрамом в монографии «Языки мозга» и Я. Бекенштейном в работе «Информация в голографической Вселенной» [1], мы рассматриваем человеческий мозг как когерентную взаимосвязь фрактальных структур внутреннего и внешнего мира человека. По нашему мнению, интерференция волн задает определенную фрактальную структуру, и связи миров не только объемны, но и имеют голографический характер. В части любой фрактальной структуры отражается весь мир в целом. Реальность и сознание представляют собой единое
когерентное целое. Следовательно, интерференция -это сложный и тонкий фрактальный узор запечатленных событий. Исследователь считает, что при наличии голографической части, процессы самоорганизации могут достраивать недостающие структуры целого. Тем самым, наблюдается взаимосвязь фрактально-голографической и синергетической парадигм. Нелинейная голографическая система и линейная оптическая система (зрение) представляют единое целое.
Таким образом, странный аттрактор с фрактальной размерностью в интервале более двух, но менее трех является необходимым условием самоорганизации нейронных сетей. В таком случае голографиче-ский объем информации воспроизводит не только всю широту нашего сознания, но и целостную объемную картину мира, так как множество нейронов представляют собой хаотическую нейронную сеть, которая работает как дискретно-волновая структура. Это подтверждается существованием теорий о квантовых механизмах «выработки сознания» в нейронах мозга. Получается, что за внешне хаотической связью нейронов просматривается довольно упорядоченная
объемная структура, в которой частицы-нейроны и волны дополняют друг друга. Процесс идет таким образом, что возникшая волна, «мерцая», движется по сети, вызывая «вспышку» сознания и смысловое «озарение». В результате самоорганизации информационных потоков возникают новые знаки и символы, которые объединяются в языковые сети. Смена энергетических и информационных потоков предопределяет сложные смысловые аттракторы. При таком подходе можно объяснить третий мир К. Поппера, который начинает свою собственную жизнь. Мы понимаем сознание как высшую форму отражения человеком действительности. При этом дополняем его картиной голографического мира субъекта, которая как сложная система самоорганизуется и развивается.
Следовательно, только на основе синергетическо-го объединения трех миров (физического, психического и мира идей) в единое целое, с использованием комплекса исследовательских подходов, можно понять самоорганизацию систем различного уровня, в том числе и функционирование человеческого мозга в нелинейном, динамическом мире.
Библиографический список
1. Бекенштейн Я. Информация в голографической Вселенной // В мире науки. 2003. №11.
2. Бехтерева Н.П. Магия мозга и лабиринты жизни. М.: АСТ; СПб.: Сова, 2009. 383 с.
3. Бом Дэвид [Электронный ресурс]: сайт Википедия. 2012. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 23.05.2012).
4. Мозг человека [Электронный ресурс]: сайт Википедия. 2012.URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 29.11.2011).
5. Мойер М. Цифровой космос // В мире науки. 2012. №4. С. 24-33.
6. Прибрам К. Языки мозга. М.: Прогресс. 1975. 464 с.
7. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986. 432 с.
8. Хакен Г. Принципы работы головного мозга: синергетиче-ский подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности. М.: ПЕР СЭ, 2001. 351 с.
9. Черниговская Т.В. Нить Ариадны и пирожные «Мадлен»: нейронная сеть и сознание // В мире науки. 2012. №4. С. 41, 46.
10. Mandelbrot В.В. Fractals. San Francisco: W. Н. Freeman and Co., 1977. - 365 p.
УДК 159.923.2
САМООЦЕНКА КАК ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ
П.Ю.Брель1, Э.Г.Шпорин2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Раскрывается психолого-педагогическая категория самооценки личности как основа саморазвития студента в ходе профессионального становления студента как будущего специалиста. Рассмотрен и изучен феномен саморазвития личности в научной отечественной и зарубежной литературе. Изучены основные психолого-педагогические категории, представленные как "осевая" структуры личности человека, его индивидуальности. Для достижения успеха в профессиональном становлении важно владеть высоким уровнем компетентности. Исследовался сложный процесс личностно-профессионального саморазвития студента и роли в нем профессионального становления с позиции самооценки в структуре "Я - концепция". Личностный и профессиональный рост выражается не только в сумме полученных знаний и умении применить их в определенной деловой ситуации, а в потребности в постоянном раскрытии личностно-профессионального потенциала.
1Брель Павел Юрьевич, доцент кафедры физической культуры, кандидат педагогических наук, тел.: 89149205933, e-mail: brel69@mail.ru
Brel Pavel, Associate Professor of the Department of Physical Education, Candidate of Pedagogics, tel.: 89149205933, e-mail: brel69@mail.ru
2Шпорин Эдуард Григорьевич, декан факультета физической культуры и спорта, доцент, тел.: 89025777598,e-mail: shporin@istu.edu
Shporin Eduard, Dean of the Faculty of Physical Education and Sport, Associate Professor, tel.: 89025777598, e-mail: shporin@istu.edu
