CC BY
61
2017, том 19 [8]
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7417-2017-19-8-9-16 УДК 577.359;128; 621.3.01
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СНА И СНОВИДЕНИЙ КАК ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА
Михайлов А.Л.
ФГБОУ ВО Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, г. Чебоксары, Российская Федерация
Аннотация: Рассматривается проблема раскрытия механизмов сна и сновидений, а также их возможные интерпретации. Как известно, процессы сна и сновидений живых организмов очень сложны для изучения и им посвящены множество различных исследований. Используя разработанный ранее автором так называемый спектральный подход к функционированию мозговой и нервной деятельности живых организмов предложена интерпретация процесса сна как off-line режима обработки информации живой системой, при которой может возникать феномен процесса сновидений. Рассматриваемая живая система при этом представляется и моделируется как система обработки информации, имеющая два режима работы. В первом, on-line режиме, или активном состоянии системы, происходит обработка информации на основе алгоритмов работы, основанных на характеристиках системы, например, импульсной характеристики, передаточной функции и т.п. Во втором, off-line режиме, или пассивном состоянии системы, происходит обработка накопленной информации за предыдущий, активный период работы и корректировка характеристик системы. Результатами такого рассмотрения являются естественные интерпретации различных аспектов феномена сна, таких как медленный и быстрый сон, сновидения, которые хорошо согласуются с опытными данными. В заключении приведены обобщения и следствия приведенного подхода.
Ключевые слова: мозговая активность, психофизиология сна, механизмы сна, быстрый сон, медленный сон, сновидения.
Проблематика процессов сна и сновидений живых организмов выделяется своими особенностями среди других и ей посвящено множество различных работ (см, например, [1 - 3]). Многообразие исследований сна так же
Утро вечера мудренее...
Пословица
велико, как и многообразие исследований природы личности и сознания человека, а также происходящих при этом физических, физиологических и психофизических и других процессов.
—--—
... 9 .
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Сон, как известно, определяется как состояние, свойственное для высших животных и человека, при котором резко сокращаются активные связи организма с окружающим его миром. Если ранее интуитивно полагалось, что процесс или состояние сна представляет собой процесс, при котором физическое тело и мозг отдыхают, то в настоящее время точка зрения на этот процесс коренным образом изменилась. Практические исследования показали, что активность мозга во время сна часто
выше, чем во время бодрствования. Для примера, это хорошо иллюстрируют ритмы мозговой активности [2], приведенные на рис. 1. Здесь, бодрствованию, соответствуют а, а, и Р - ритмы с диапазоном частот мозговой активности 8 - 35 Гц. У сна диапазон частот мозговой активности значительно выше, 0,5 -100 Гц. Медленному сну соответствуют ритмы 8 , 0 и а, а быстрому - у.
Рис. 1. Частотные области ритмов мозговой активности человек.
Разнообразны, теории, обобщающие экспериментальные данные о сне. В настоящее время наиболее известными теориями, интерпретирующие и объясняющие феномен сна являются такие, как: гуморальная теория, подкорковая и корковая теории, химическая
теория и множество других. Общие теории механизмов мышления с моделями, аналогичными [4], приведенным на рис. 2 сталкиваются со сложностями при описаниях процессов сна и сновидений.
Рис. 2. Модель механизма мышления [4].
—--—
~ 10 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Очень важной особенностью сна, имеющее прямое отношение к нашему рассмотрению, является то, что у сна имеются две главные фазы: 1) медленный сон (SWS - slow-wave sleep), обычно занимающий 75 - 80 % времени сна и характеризующийся минимизацией физиологических функций организма и 2) быстрый сон (REM — rapid eye movement), при котором физиологические функции организма, наоборот, активизируются. Также, важной особенностью быстрого сна является то, что спящий в этот период времени видит сновидения. Значение и важность медленного сна как процессов отдыха организма очевидна и его интерпретация не кажется слишком сложным. Причины и механизмы быстрого сна, в отличие от медленного, менее понятны. Как ни странно, быстрый сон имеет не менее важное значение для организма, чем медленный. Например, установлено, что если человека искусственно лишить быстрого сна, то, несмотря на достаточную общую продолжительность сна, через 5 - 7 дней у него наступают психические и иные расстройства. Многообразие интерпретаций процесса сна и сновидений, сложность их формализаций и обобщений ставит вопросы по разработке и использованию новых идей в области теории сна и сновидений.
Цель работы. Проанализировать, не углубляясь в частные вопросы психофизиологии сна, предложенную новую интерпретацию и моделирование сна как информационного процесса в живом организме [5] и получить новые результаты и выводы для практического применения.
Спектральный подход и интерпретация сна. В работах [5 - 7] предложена новая, спектральная модель интерпретации процессов, происходящих при обработке информации в живом организме. Живой организм при этом рассматривается как сложная техническая система (или информационная система), в основе которой лежат информационные процессы, управляющие всеми остальными функциями организма. Сознание и его вместилище - мозг и нервная система, в упрощенном, линеаризованном случае, при таком подходе, характеризуются основными параметрами как импульсная характеристика и спектральный базис. Импульсная характеристика определяет временную обработку информации, при котором входная информация (или входные сигналы) системы обрабатываются в реальном режиме времени. По существу, это так называемая свертка входных сигналов с импульсной характеристикой системы. Спектральный базис определяет спектральный анализ или спектральную обработку входных сигналов. В качестве примеров здесь можно привести встроенную спектральную обработку звуковых сигналов во внутреннем ухе [8], систему ценностей человека и т.п. Спектральная обработка, в отличие от временной, осуществляется не в реальном режиме времени, а с информационными данными, накопленными за определенный промежуток времени работы системы. На рис. 3 показана так называемая линеаризованная структурная модель спектральной обработки человека [6].
~ 11 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Рис. 3. Линеаризованная структурная модель спектральной обработки человека.
В [5, 6] показано, что при оптимизации ресурсов системы обработки, а также и из-за внешних условий, появляется необходимость разделения общего времени функционирования системы на два периода или режима функционирования: активную - on-line и пассивную - оff-line. Очевидным шагом при таком рассмотрении является сопоставление активного режима функционирования системы со временем бодрствования организма, а пассивного режима - со сном. Также отсюда следует предположить, что при бодрствовании происходит преимущественно временная обработка информации, а во время сна - спектральная.
В результате вышеизложенного подхода расширенная обработка информационных временных данных в живом организме, которая включает кроме обычной манипуляции с данными также корреляционную и спектральную обработку, может являться одной из основных причин для появления так называемой природы личности или сознания живых существ. Корреляционная обработка, кроме этого может приводить к появлению феномена психологического времени.
Как ранее было отмечено, сон подразделяют на медленный - SWS и быстрый - REM. Быстрый сон содержит в себе специфический процесс - сновидения, обозначаемый как сигнал г|(/) на временной диаграмме рис. 4.
Рис. 4. Временная диаграмма работы системы обработки, детализированная на этапы работы, активную фазу, фазу сна, медленный сон, быстрый сон и сновидение.
—--—
~ 12 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Система информационной обработки, моделирующая процессы сна и сновидений, функционирующая вышеописанным образом может быть представлена схемой, изображенной на рис. 5. Схема представляет собой функциональную модель, соответствующая структурной модели, изображенной на рис. 3. Обработка в реальном режиме времени, в активном состоянии системы, представляется импульсными характеристиками
где г - номер этапа работы системы (см. рис. 4). Спектральный анализ представляется блоком разложения данных, накопленных в буфере по соответствующим системам базиса
V,-1( V, Vi+l(®), •••
и сравнению полученного результата с параметрами установки системы.
Рис. 5. Схема, моделирующая процессы сна и сновидений.
Входной и выходной сигналы системы за время активного этапа работы (on-line режима) накапливаются в буфере, который по
существу является памятью системы. Рассмотрим далее г-й этап функционирования системы. Он состоит из (Оп-11пе-ЛсЫув)г и
—-эъэ+ы-з-—
~ 13 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
(Off-line - Sleep) фаз, относящихся к i-му этапе работы системы. Входные и выходные данные, накопленные в буфере во время сна анализируются посредством спектрального анализа с помощью системного базиса функций w. (ю), представляющего в частотном диапазоне импульсную характеристику системы gi (t). Сущность алгоритма работы системы в off-line режиме заключается в анализе спектра накопленных сигналов в on-line режиме работы и корректировке параметров системы на основе результатов этого анализа. Если фаза медленного сна - спектральный анализ оценка полученных результатов, то фаза быстрого сна - модификация параметров системы, например, импульсной характеристики
g. (t) — gi+i(t)
к последующему i+1 этапу работы. Так как свойства системы взаимно-однозначно определяются как импульсной характеристикой, так и системой базисов, то модификация параметров системы это и есть преобразование
Wi(t) — Wi+i(t).
Процессу преобразований базиса Wj (t) —^ Wi+1(t) можно сопоставить новый процесс ^(t) , который, характеризует «отличие» Wi+1 (t) от Wi (t). Получаемый при этом сигнал ^(t) можно интерпретировать как сигнал сновидений. Полученные базисы Wi+1(w)
определяют новую импульсную характеристику gi+1(t) для on-line режима работы системы на следующем этапе работ системы. В простейшем подходе такого моделирования математические преобразования, связанные со спектральным анализом, импульсной характеристикой, системой базисов и др., можно описать в рамках Фурье-анализа, вейвлет-анализа и др. например, при использовании Фурье-анализа можно представить процесс преобразования базисов как
W2(ю) = W1(®)j),
где К^ю) - спектральная характеристика, имеющая содержание некоторой передаточной функции, которая преобразует систему базисов. Временное представление ^(t) этой передаточной функции К(/'ю) есть соответствующая импульсная характери-
стика,
- ад
ЛС) = — { K(jv)e*"dш .
Рис. 6. Иллюстрирует возникновение процесса сновидения, где процесс преобразования системы базисов у1(ю) в у2(ю) относительно Фурье преобразований ) представляется как прохождение сигнала у1(ю) через цепь с передаточной функцией К(/Ъ) и импульсная характеристика которой есть «сигнал сновидений» /) .
—--—
~ 14 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Рис. 6. Схема, моделирующая процессы сна и сновидений.
Более глубокий и подробный подход может потребовать привлечения нелинейных и других более сложных методов.
Заключение. Использованная интерпретация процесса сна и сновидений на основе так называемого спектрального подхода к биоинформационным процессам мозговой деятельности живых организмов полностью согласуется с основными опытными данными. Вместе с тем, из приведенного подхода можно получить интересные и важные следствия. Приведем некоторые из них:
1) сон и сновидения являются жизненно важной функцией организма, понимание механизмов этих процессов позволит повысить культуру сна, а вместе с ним и уровень жизни и здоровья;
2) сновидения во время сна могут отсутствовать при отсутствии изменений в системе;
3) сновидения являются заключительной частью быстрого сна;
4) относительно небольшим трансформациям во время сна базиса системы соответствуют более «спокойные» сны и наоборот;
5) степень «детализации» сна связан с «широкополосностью» базиса системы, чем он шире, тем содержание сна детальнее;
6) медленный сон характеризует информационный поток в системе во время активного состояния, а быстрый - динамические характеристики системы, развитие параметров системы во времени;
7) по виду сна можно сделать некоторые, по крайней мере, качественные выводы об информационной системе и соответствие ее к определенному типу. Здесь можно привести пример использования различных гадже-тов для записи биофизической активности человека в активном состоянии и в состоянии сна.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Хокинс Дж. Об интеллекте. Пер с англ. — Москва-Санкт-Петербург-Киев. Изд. дом «Вильямс», 2007. 128 с.
[2] Шульговский В. В. Основы нейрофизиологии. — М.: Аспект Пресс, 2000. 277 с.
[3] Фрит К. Мозг и душа: Как нервная деятельность формирует наш внутренний мир. М.: Астрель CORPUS, 2010. 335 с.
[4] Вайнцвайг М.Н., Полякова М.П. Механизм мышления и моделирование его работы в реальном времени. С. 208-229 // Интеллектуальные процессы и их моделирование. [Под ред. Е.П. Велихова]. М.: Наука, 1987. 398с.
[5] Mikhailov A.L. Spectral analysis the nature of personality and the principles of artificial intelligence. // Physics of Consciousness and Life,
—-эъэ+ы-3-—
~ 15 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
Cosmology and Astrophysics. — 2013. N° 3 (51) Jule - September. P. 12-21.
[6] Михайлов А.Л. Спектральный анализ, природа личности и принципы искусственного интеллекта // Нигматуллинские чтения -2013: материалы Международной научно-технической конф. Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2013. С. 407-410.
[7] Mikhailov A.L. Interpretation and modeling of the phase of the dream by the mode of functioning of system with artificial intelligence. // Physics of Consciousness and Life, Cosmology and Astrophysics. — 2016. № 1 (61) Jule - September. P. 26-30.
[8] Быков В.Л. Органы слуха и равновесия // Частная гистология человека (краткий обзорный курс). — СПб.: СОТИС, 2001. 304 с.
INTERPRETING OF THE DREAM AND DREAMINGS AS INFORMATION PROCESS
Mikhailov A.L.
Chuvash State University, Cheboksary, Russian Federation
Annotation: The problem of disclosure of mechanisms of a dream and dreamings and also their possible interpretings is considered. It is known that processes of a dream and dreamings of live organisms are very difficult for studying and a set of various researches are devoted to them. Using the so-called spectral approach to functioning of cerebral and nervous activity of live organisms developed earlier by the author interpreting of process of a dream as information processing offline mode is offered by live system at which there can be a phenomenon of process of dreamings. The surveyed live system at the same time is represented and is modelled as the system of information processing having two operating modes. In the first, on-line a regimen, or an active condition of system, occurs information processing on the basis of the algorithms of work based on characteristics of system, for example, of the impulsive characteristic, transfer function, etc. In the second, offline mode, or a passive condition of system, there is a processing of the saved-up information for the previous, active period of work and updating of characteristics of system. Results of such treating are natural interpretings of various aspects of a phenomenon of a dream, such as slow and REM sleep, dreamings which will well be compounded with experienced data. Generalizations and consequences of the given approach are given in the conclusion.
Key words: Cerebral activity, dream psychophysiology, dream mechanisms, REM sleep, slow dream, dreamings.
REFERENCES
[1] Hokins Dzh. Ob intellekte. Per s angl. — Moskva-Sankt-Peterburg-Kiev. Izd. dom «Vil'jams», 2007. 128 s.
[2] Shul'govskij V. V. Osnovy nejrofiziologii. — M.: Aspekt Press, 2000. 277 s.
[3] Frit K. Mozg i dusha: Kak nervnaja dejatel'nost' formiruet nash vnutrennij mir. M.: Astrel' CORPUS, 2010. 335 s.
[4] Vajncvajg M.N., Polyakova M.P. Mekhanizm mysh-leniya i modelirovanie ego raboty v real'nom vremeni. S. 208-229 // Intellektual'nye processy i ih modelirovanie. [Pod red. E.P. Velihova]. M.: Nauka, 1987. 398s.
[5] Mikhailov A.L. Spectral analysis the nature of personality and the principles of artificial intelligence. //
Physics of Consciousness and Life, Cosmology and Astrophysics. — 2013. № 3 (51) Jule - September. P. 12-21.
[6] Mihajlov A.L. Spektral'nyj analiz, priroda lichnosti i principy iskusstvennogo intellekta // Nigmatullinskie chtenija - 2013: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konf. Kazan': Izd-vo KNITU-KAI, 2013 S. 407-410.
[7] Mikhailov A.L. Interpretation and modeling of the phase of the dream by the mode of functioning of system with artificial intelligence. // Physics of Consciousness and Life, Cosmology and Astrophysics. — 2016. № 1 (61) Jule - September. P. 26-30.
[8] Bykov V.L. Organy sluha i ravnovesija // Chastnaja gistologija cheloveka (kratkij obzornyj kurs). — SPb.: SOTIS, 2001. 304 s.
—--—
~ 16 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
