Глиальный волновой канал как элемент
физической организации когнитивных и креативных процессов
The glial wave channel as
an element of the physical organization of cognitive and creative processes
Автор: Рояк Борис Вениаминович
Бней-Айш, Израиль
e-mail: vxn2484@gmail.com
Author: Boris Royak (Roik in Hebrew transliteration)
Bnei-Aish, Israel
e-mail: vxn2484@gmail.com
Аннотация
В статье рассматривается ограниченность
исключительно нейроцентрического описания мышления и предлагается авторская
гипотеза о глии как активной части нейро-глиально-полевой системы мозга.
Современная нейронаука уже располагает данными об участии астроцитов в
синаптической регуляции, пластичности, кальциевой сигнализации, памяти и
координации нейронных ансамблей. Одновременно экспериментально показано, что
эндогенные электрические поля мозга способны воздействовать на активность
нейронных сетей.
На этом основании формулируется более
сильная, пока не доказанная гипотеза: пространственная организация нейронов,
глии, миелина и внеклеточной среды может создавать условия для формирования
устойчивых электромагнитных конфигураций, включая стоячие волны в глиальном
канале. Предполагается, что такие состояния могут участвовать в резонансной
адресации, интеграции распределённых нейронных ансамблей, кратковременном
удержании состояния, выборе реакции и синтезе нового когнитивного содержания и
креативных процессах.
Работа отделяет установленные данные
нейрофизиологии от авторских предположений и предлагает направления их
экспериментальной проверки.
Abstract
The paper examines the limitations of an
exclusively neurocentric description of thinking and proposes an authorial
hypothesis in which glia constitute an active part of a neuro-glial-field
system of the brain. Modern neuroscience has established that astrocytes
participate in synaptic regulation, plasticity, calcium signaling, memory and
coordination of neuronal ensembles. Experimental studies also show that
endogenous electric fields can influence neuronal network activity.
On this basis, a stronger and as yet
unproven hypothesis is proposed: the spatial organization of neurons, glia,
myelin and extracellular ionic media may create conditions for stable
electromagnetic configurations, including standing waves in a glial channel.
Such states are hypothesized to participate in resonant addressing, integration
of distributed neuronal ensembles, short-term state retention, response
selection and synthesis of new cognitive content and creative processes.
The paper explicitly separates established
neurophysiological evidence from the proposed model and outlines directions for
experimental testing.
Ключевые
слова: глия, астроциты, нейроны,
электромагнитное поле, стоячая волна, резонанс, сознание, память, мышление,
креативность, искусственный интеллект.
Keywords: glia, astrocytes, neurons, electromagnetic field, standing
wave, resonance, consciousness, memory, thinking, creativity, artificial
intelligence.
Тематическая
рубрика: Медицина и психология.
1. Постановка проблемы
В нейрофизиологии нейрон исторически
рассматривался как основной активный элемент нервной системы. Такой подход был
чрезвычайно продуктивным: он позволил описать потенциал действия, синаптическую
передачу, пластичность, функциональные сети и множество механизмов обучения.
Однако успешность нейронной модели не означает, что она исчерпывает физическую
архитектуру мышления.
Вопрос заключается не в том, способны ли
нейроны передавать и преобразовывать информацию. Это установлено. Более трудная
проблема состоит в том, каким образом пространственно распределённые процессы —
сенсорное распознавание, память, эмоциональная оценка, прогнозирование и выбор
действия — объединяются в единое функциональное состояние.
Синаптическая передача хорошо объясняет
движение сигнала от клетки к клетке. Но передача сигнала и интеграция состояния
— не одно и то же. Поэтому представляется продуктивным рассмотреть мозг не как
совокупность только нейронных цепей, а как единую нейро-глиально-полевую
систему.
2. От нейронной догмы к нейро-глиальной системе
Современная наука уже существенно отошла от
старого представления о глии как о пассивном «клее» нервной ткани. Работы по
трёхкомпонентному синапсу показали, что астроциты способны реагировать на
синаптическую активность, изменять внутриклеточную концентрацию кальция,
выделять сигнальные вещества и обратно влиять на синаптическую передачу и
пластичность.
Ранее были предложены и более широкие
модели, в которых глиально-нейронное взаимодействие рассматривалось как
возможный субстрат процессов, связанных с интеграцией и сознанием. В дальнейшем
появились модели астроцитарной сети как системы, способной интегрировать
распределённую информацию через кальциевые волны и обратную модуляцию нейронной
активности.
Таким образом, сам тезис «глия участвует в
когнитивных процессах» уже не является радикальным. Радикальным остаётся
следующий вопрос: может ли глия выполнять не только химическую, метаболическую
и структурную, но и специализированную электродинамическую функцию?
Совокупность работ, сформировавших современное представление об активной роли
глии, приведена в источниках [1-4].
3. Глия как волновой канал: инженерная гипотеза
В предлагаемой модели нейронно-глиальная
система рассматривается как физическая структура, способная не только проводить
импульсы, но и формировать пространственно организованные электрические поля.
Для постановки задачи полезна инженерная аналогия с коаксиальной линией:
электрически активный проводник окружён диэлектрической средой и внешней
проводящей областью.
В нервной ткани отсутствует идеальная
геометрия коаксиального кабеля, поэтому буквальное отождествление было бы
ошибкой. Тем не менее имеются функционально сходные компоненты: мембранные и
внутриклеточные токи, миелиновые и другие изолирующие структуры, глиальная
среда, а также проводящая ионная внеклеточная жидкость.
Это позволяет поставить проверяемый вопрос:
может ли такая пространственная организация ограничивать поле, изменять его
распределение, поддерживать фазовые отношения и создавать локальные резонансные
режимы?
Иными словами, коаксиальная аналогия здесь
используется не как доказательство, а как инженерная эвристика, указывающая на
возможную физическую функцию архитектуры «проводящий элемент — диэлектрическая
среда — внешняя проводящая среда».
В технической линии передачи принципиальное
значение имеет согласование её волнового сопротивления с нагрузкой. При
рассогласовании часть падающего электромагнитного возмущения отражается от
неоднородности или границы раздела сред. Интерференция падающей и отражённой
составляющих способна формировать пространственно устойчивый режим со стоячей
волной.
Поэтому для предполагаемого биологического
волнового канала важным свойством может быть не идеальная однородность, а,
напротив, контролируемая неоднородность электрических и геометрических
параметров, создающая условия для отражения, интерференции и резонанса.
В техническом коаксиальном тракте стоячая
волна обычно рассматривается как следствие нежелательного рассогласования,
поскольку она увеличивает потери и искажает передачу сигнала.
В предлагаемой модели допускается обратная
функциональная логика: в глиальном
волновом канале рассогласование может быть не дефектом, а физическим механизмом
формирования информационно значимого резонансного состояния.
Это предположение не означает буквального
тождества нервной ткани коаксиальной линии, но делает происхождение стоячей
волны физически конкретным и экспериментально проверяемым.
4. Электрические поля мозга — не побочный шум
Ключевое обстоятельство состоит в том, что
электрические поля нервной ткани являются не только измеряемым следствием
активности. Экспериментальные исследования показали, что слабые эндогенные поля
способны изменять динамику и синхронизацию нейронных сетей.
Поля, сопоставимые по амплитуде с
возникающими в коре, могут модулировать сетевую активность; показана также
возможность непосредственного полевого влияния соседних нейронов друг на друга
без обязательной передачи через химический синапс [5, 6].
Эти данные не доказывают существование
глиального волнового канала. Но они устраняют принципиальное возражение,
согласно которому электрическое поле мозга следует считать исключительно
побочным продуктом нейронной активности. Поле может быть функциональным
участником динамики сети.
5. Гипотеза стоячей электромагнитной волны в глиальном
канале
Предлагаемая модель развивает этот вывод
дальше. Предполагается, что активность нейронного ансамбля создаёт
пространственно организованное электромагнитное поле. Глиальная и внеклеточная
среда изменяют условия распространения и распределения этого поля.
При определённых геометрических,
электрических и частотных условиях могут возникать устойчивые резонансные
конфигурации.
В рамках гипотезы такая устойчивая
конфигурация описывается как стоячая электромагнитная волна в глиальном канале.
Важно подчеркнуть: это не установленный факт нейрофизиологии, а конкретное
физическое предположение, которое должно проверяться экспериментально.
Предлагаемая функциональная цепочка имеет
следующий вид:
нейронная
активность → электромагнитное поле → глиальный волновой канал → стоячая
электромагнитная конфигурация → резонансная выборка нейронных структур →
интеграция состояния → формирование интенции и выбор реакции.
Сходная линия рассуждений была развита
автором ранее в работе о роли глии в психоэмоциональном синтезе [8]. Настоящая
статья уточняет границу между уже установленными данными о нейро-глиальном
взаимодействии и собственно волновой гипотезой.
Ранняя
публичная формулировка предлагаемой модели была сделана автором 24 января 2011
года на форуме GotAI в теме «Самоорганизация». В сообщении была сформулирована
гипотеза о частотном формировании нейронного сигнала и его передаче через
«единый волновой канал из глии». 25 января 2011 года эта модель была развита
представлением о едином полевом состоянии нервной системы, в котором возникает
стоячая волна и происходит информационный синтез [9].
Рисунок
1. Глиальный волновой канал: формирование адреса и выборка нейронных ансамблей
Пояснение к рисунку.
Клетки глии образуют протяжённый изолированный волновой канал. Внутри этого
канала формируется стоячая электромагнитная волна. Напряжённость
электромагнитного поля неодинакова вдоль канала: в разных его участках она
достигает различных значений. Уровень напряжённости поля определяет
метаболическую активность соответствующих клеток глии. Поэтому пространственная
конфигурация стоячей волны создаёт определённый профиль метаболической
активности глиальной ткани.
Этот профиль формирует пространственный адрес обращения к нейронному пространству. Через
изменение метаболического и энергетического обеспечения глия избирательно
создаёт условия для возбуждения определённых участков нейронной сети. В
результате активируется не вся сеть, а соответствующий сформированному адресу
нейронный ансамбль.
Возбуждение выбранного ансамбля возвращает
содержащуюся в нём информацию в глиальный канал. Эта информация изменяет
текущую конфигурацию стоячей электромагнитной волны, после чего формируется
новый адрес и осуществляется следующая выборка. Таким образом возникает
циклический процесс: стоячая волна →
метаболическая конфигурация глии → адрес → выборка нейронного ансамбля →
возврат информации в глию → новая конфигурация стоячей волны.
6. Возможные функции волновой структуры
Если гипотеза верна, стоячая волновая
конфигурация могла бы выполнять несколько взаимосвязанных функций.
Первая функция — адресация. В большой
распределённой системе последовательный перебор всех элементов неэффективен.
Резонансный механизм допускает выбор преимущественно тех структур,
частотно-фазовые свойства которых соответствуют текущему состоянию поля.
Вторая функция — интеграция. Общее поле
может связывать пространственно разделённые нейронные ансамбли и тем самым
дополнять последовательную синаптическую коммуникацию более глобальным
механизмом координации.
Третья функция — кратковременное удержание
состояния. Устойчивая резонансная конфигурация потенциально способна
сохраняться дольше отдельных импульсных событий и тем самым поддерживать
рабочее состояние системы на интервале, необходимом для сравнения нескольких
вариантов реакции.
Четвёртая функция — селекция. Различная
восприимчивость нейронных структур к текущей конфигурации поля может смещать
вероятность их вовлечения в активный ансамбль.
Пятая функция — синтез. Наиболее сильное
предположение модели состоит в том, что взаимодействие нескольких
распределённых состояний способно приводить не только к извлечению уже
существующей связи, но и к формированию нового устойчивого сочетания.
В данной работе этот процесс обозначается
как эмоционально-когнитивный синтез, то есть образование нового связанного
состояния на основе одновременно активных сенсорных, мнемических и оценочных
компонентов.
7. Память: хранение и адресный вызов
Синаптическая пластичность остаётся одной
из основных экспериментально подтверждённых основ обучения и памяти. Поэтому
волновая модель не требует отрицания синаптического хранения информации.
Более продуктивно разделить два процесса:
долговременное изменение структуры связей и оперативный вызов нужной
конфигурации.
В таком представлении нейронные и
синаптические изменения могут служить долговременным структурным субстратом, а
резонансная полевая динамика — одним из механизмов адресного поиска и временной
активации соответствующего ансамбля.
Это объяснение пока гипотетично, но оно
формулирует конкретную экспериментальную задачу: проверить, сопровождается ли
успешное извлечение сложного образа воспроизводимой пространственно-фазовой
конфигурацией поля, связанной с определёнными глиальными областями.
8. Глия, метаболизм и локальное кровоснабжение
Глиальная система тесно связана с
энергетическим обеспечением нервной ткани. Астроциты контактируют с синапсами и
сосудистыми структурами, участвуют в поддержании ионного и метаболического
гомеостаза, а нейронная активность сопряжена с локальными изменениями
кровотока.
Современная физиология рассматривает это
как многоуровневое нейроваскулярное сопряжение, в котором участвуют нейроны,
астроциты, перициты и сосудистые гладкомышечные клетки [7].
Для волновой модели отсюда следует
дополнительный вопрос: является ли пространственное перераспределение
энергетических ресурсов только следствием локальной активности или оно также
помогает поддерживать устойчивые резонансные состояния?
Прямого ответа сегодня нет, но такой вопрос
доступен экспериментальной проверке методами одновременной регистрации
электрической активности, глиальной динамики и локального кровотока.
9. Эмоциональные состояния как физически реализованные
конфигурации
Любое эмоциональное состояние имеет
материальную реализацию в организме: оно сопровождается изменением активности
нервной системы, вегетативных реакций, нейромодуляции и поведения.
Предлагаемая модель делает более конкретное
предположение: интегральному эмоциональному состоянию может соответствовать
определённая пространственно-временная полевая конфигурация нервной системы.
Это утверждение не следует понимать как
сведение субъективного переживания к одной измеряемой величине. Речь идёт о
поиске физического уровня организации, который связывает распределённые
нейронные процессы в единое состояние.
В этом смысле поле рассматривается как
возможный носитель отношений между активными структурами, а не как замена
нейронной активности.
10. Почему это важно для моделей искусственного интеллекта
Современные цифровые системы демонстрируют
высокую эффективность в обработке информации, моделировании и генерации сложных
ответов. Однако функциональный результат сам по себе не доказывает тождество
физического механизма.
Если биологическое мышление использует не
только дискретные нейроноподобные вычисления, но и резонансную полевую
интеграцию, то для воспроизведения некоторых свойств биологического мышления
может потребоваться иной аппаратный уровень.
В таком случае перспективная искусственная
архитектура должна изучаться не только с точки зрения количества вычислительных
элементов и связей между ними, но и с точки зрения способности физической среды
поддерживать устойчивые коллективные состояния, резонанс, самоорганизацию и
динамическую адресацию.
11. Что в модели уже опирается на данные науки, а что
остаётся гипотезой
К установленной части относятся следующие
положения: глия активно участвует в регуляции синаптической передачи и
гомеостаза; астроциты обладают сложной кальциевой сигнализацией и способны
взаимодействовать с большими группами синапсов; эндогенные электрические поля
мозга существуют и могут влиять на нейронную активность; нейронные и глиальные
процессы связаны с механизмами пластичности, памяти и нейроваскулярного
сопряжения.
Основные источники для этих положений
сведены в [1, 4-7].
К гипотетической части относятся положения
о глии как специализированном электромагнитном волновом канале, о функционально
значимых стоячих электромагнитных волнах в этом канале, о резонансной адресации
структур посредством таких состояний и об их участии в синтезе целостного
когнитивного состояния.
Именно эта граница принципиальна.
Предлагаемая модель не должна представляться как уже доказанное описание мозга.
Её научная ценность определяется тем, что она формулирует физически конкретный
механизм и допускает экспериментальную проверку.
12. Возможные направления экспериментальной проверки
Первое направление — одновременная
регистрация нейронной активности, локального электрического поля и глиальной
динамики с достаточным пространственным и временным разрешением. Требуется
установить, возникают ли воспроизводимые пространственные конфигурации поля,
связанные с определёнными когнитивными задачами.
Второе направление — проверка фазовой
селективности. Если резонансная адресация реальна, слабое внешнее поле,
синхронизированное по фазе с естественным состоянием сети, должно влиять на
выбор ансамбля иначе, чем поле той же амплитуды с другой фазой.
Третье направление — локальное изменение
электрических свойств глиальной среды. Если глия выполняет функцию волнового
канала, контролируемое изменение её проводимости, диэлектрических свойств или
геометрии должно изменять не только метаболическую поддержку, но и
пространственную структуру полевой координации нейронных ансамблей.
Четвёртое направление — поиск устойчивых
мод при рабочей памяти и принятии решения. Необходимо проверить, существует ли
состояние, которое сохраняет пространственно-фазовую структуру между моментом
предъявления сигнала и моментом выбора реакции.
Пятое направление — сопоставление
нейроваскулярной динамики и предполагаемых резонансных состояний. Это позволило
бы установить, является ли локальное энергетическое обеспечение фактором
поддержания определённых коллективных режимов.
Заключение
Современная нейронаука уже не позволяет
считать глию пассивной тканью, обслуживающей нейроны. Астроциты и другие
глиальные клетки являются активными участниками работы нервной системы.
Одновременно накоплены данные о том, что эндогенные электрические поля способны
влиять на сетевую динамику.
На пересечении этих двух направлений
возникает следующая гипотеза: глиальная среда может быть не только химической и
метаболической инфраструктурой мозга, но и частью физического волнового
аппарата мышления.
В таком случае нейронный импульс является
лишь одним уровнем процесса, а интегральное состояние определяется также
пространственной организацией поля и резонансным взаимодействием распределённых
структур.
Поэтому главный вопрос следует
формулировать не как противопоставление «нейроны или глия».
Более точная постановка звучит так: какую часть обработки выполняют нейроны,
какую — глиальная среда и какую — создаваемое ими коллективное поле?
Если гипотеза о глиальном волновом канале
будет подтверждена, классическая схема мозга как преимущественно
нейронно-синаптической вычислительной сети окажется неполной.
Мозг придётся рассматривать как гибридную
нейро-глиально-полевую резонансную систему, в которой значение имеет не только
то, какие клетки возбуждены, но и то, какое
физическое состояние возникает между ними.
Литература
1. Araque A., Parpura V., Sanzgiri R. P., Haydon
P. G. Tripartite synapses: glia, the unacknowledged partner // Trends in
Neurosciences. 1999. Vol. 22, No. 5. P. 208-215.
2. Mitterauer B. An interdisciplinary approach
towards a theory of consciousness // BioSystems. 1998. Vol. 45, No. 2. P.
99-121.
3. Robertson J. M. The Astrocentric Hypothesis:
proposed role of astrocytes in consciousness and memory formation // Journal of
Physiology - Paris. 2002. Vol. 96, No. 3-4. P. 251-255.
4. Pereira A. Jr., Furlan F. A. Astrocytes and
human cognition: modeling information integration and modulation of neuronal
activity // Progress in Neurobiology. 2010. Vol. 92, No. 3. P. 405-420.
5. Fröhlich F., McCormick D. A. Endogenous
electric fields may guide neocortical network activity // Neuron. 2010. Vol.
67, No. 1. P. 129-143.
6. Anastassiou C. A., Perin R., Markram H., Koch
C. Ephaptic coupling of cortical neurons // Nature Neuroscience. 2011. Vol. 14,
No. 2. P. 217-223.
7. Verkhratsky A., Nedergaard M. Physiology of
Astroglia // Physiological Reviews. 2018. Vol. 98, No. 1. P. 239-389.
8. Рояк Б. В. Глия и её роль в психоэмоциональном
синтезе // Научное Образование. 2021. № 2(11). С. 45-58.
9. Рояк Б. В. Самоорганизация // GotAI.NET. Форум
«Проблемы искусственного интеллекта». Сообщения от 24–25 января 2011 г.
URL: http://www.gotai.net/forum/default.aspx?page=1&threadid=45217 (дата
обращения: 24.08.2026).
Комментариев нет:
Отправить комментарий