Теория голономного мозга
Квантовая интерпретация нейронауки

Теория голономного мозга — это раздел нейронауки, исследующий идею о том, что человеческое сознание формируется квантовыми эффектами в клетках мозга или между ними. Голономный относится к представлениям в фазовом пространстве Гильберта, определяемом как спектральными, так и пространственно-временными координатами. [1] Теория голономного мозга противостоит [ требуется ссылка ] традиционной нейронауке, которая исследует поведение мозга, рассматривая паттерны нейронов и окружающую химию.

Эта конкретная теория квантового сознания была разработана нейробиологом Карлом Прибрамом первоначально в сотрудничестве с физиком Дэвидом Бомом, основываясь на первоначальных теориях голограмм, изначально сформулированных Деннисом Габором . Она описывает человеческое познание , моделируя мозг как голографическую сеть хранения . [2] [3] Прибрам предполагает, что эти процессы включают электрические колебания в тонковолокнистых дендритных сетях мозга, которые отличаются от более известных потенциалов действия, включающих аксоны и синапсы. [4] [5] [6] Эти колебания являются волнами и создают паттерны волновой интерференции , в которых память кодируется естественным образом, а волновая функция может быть проанализирована с помощью преобразования Фурье . [4] [5] [6] [7] [8]

Габор, Прибрам и другие отметили сходство между этими мозговыми процессами и хранением информации в голограмме, которое также можно проанализировать с помощью преобразования Фурье. [2] [9] В голограмме любая часть голограммы достаточного размера содержит всю сохраненную информацию. В этой теории часть долговременной памяти аналогичным образом распределена по дендритной древовидной структуре, так что каждая часть дендритной сети содержит всю информацию, сохраненную во всей сети. [2] [9] [10] Эта модель учитывает важные аспекты человеческого сознания, включая быструю ассоциативную память , которая позволяет устанавливать связи между различными частями сохраненной информации и нелокальность хранения памяти (конкретная память не хранится в определенном месте, т. е. в определенном кластере нейронов). [2] [11] [12]

Происхождение и развитие

В 1946 году Деннис Габор изобрел голограмму математически, описав систему, в которой изображение может быть реконструировано с помощью информации, которая хранится во всей голограмме. [4] Он продемонстрировал, что информационный рисунок трехмерного объекта может быть закодирован в луче света, который является более или менее двумерным. Габор также разработал математическую модель для демонстрации голографической ассоциативной памяти . [13] Один из коллег Габора, Питер Якобус Ван Хеерден, также разработал связанную голографическую математическую модель памяти в 1963 году. [14] [15] [16] Эта модель содержала ключевой аспект нелокальности, который стал важным годы спустя, когда в 1967 году эксперименты Брайтенберга и Киршфилда показали, что точная локализация памяти в мозге была ложной. [10]

Карл Прибрам работал с психологом Карлом Лэшли над экспериментами Лэшли с энграммами , в которых использовались повреждения для определения точного местоположения определенных воспоминаний в мозге приматов. [2] Лэшли делал небольшие повреждения в мозге и обнаружил, что они мало влияют на память. С другой стороны, Прибрам удалил большие области коры, что привело к множественным серьезным дефицитам памяти и когнитивных функций. Воспоминания не хранились в одном нейроне или точном месте, а были распределены по всей нейронной сети. Лэшли предположил, что паттерны интерференции мозга могут играть роль в восприятии, но не был уверен, как такие паттерны могут генерироваться в мозге или как они приведут к функционированию мозга. [17]

Несколько лет спустя в статье нейрофизиолога Джона Эклза было описано, как волна может генерироваться на разветвленных концах пресинаптических аксонов. Множество таких волн могут создавать интерференционные картины. Вскоре после этого Эммет Лейт успешно сохранял визуальные изображения с помощью интерференционных картин лазерных лучей, вдохновленный предыдущим использованием преобразований Фурье Габором для хранения информации в голограмме. [18] Изучив работы Эклза и Лейта, [17] Прибрам выдвинул гипотезу о том, что память может принимать форму интерференционных картин, которые напоминают созданные лазером голограммы. [19] В 1980 году физик Дэвид Бом представил свои идеи голодвижения и неявного и явного порядка . [20] Прибрам узнал о работе Бома в 1975 году [21] и понял, что, поскольку голограмма может хранить информацию в рамках картин интерференции, а затем воссоздавать эту информацию при активации, она может служить сильной метафорой для функции мозга. [17] Прибрам был еще больше воодушевлен в этом направлении рассуждений тем фактом, что нейрофизиологи Рассел и Карен ДеВалуа [22] совместно установили, что «пространственно-частотное кодирование, отображаемое клетками зрительной коры, лучше всего описывается как преобразование Фурье входного паттерна». [23]

Обзор теории

Голограмма и голономия

Схема одной из возможных схем голограммы.

Основной характеристикой голограммы является то, что каждая часть хранимой информации распределена по всей голограмме. [3] Оба процесса хранения и извлечения выполняются способом, описываемым уравнениями преобразования Фурье . [24] Пока часть голограммы достаточно велика, чтобы содержать интерференционную картину , эта часть может воссоздать все сохраненное изображение, но изображение может иметь нежелательные изменения, называемые шумом . [9]

Аналогом этого является область вещания радиоантенны. В каждом меньшем индивидуальном месте в пределах всей области можно получить доступ к каждому каналу, подобно тому, как вся информация голограммы содержится в части. [4] Другой аналогией голограммы является способ, которым солнечный свет освещает объекты в поле зрения наблюдателя. Неважно, насколько узок луч солнечного света. Луч всегда содержит всю информацию об объекте, и при сопряжении с линзой камеры или глазным яблоком создает одно и то же полное трехмерное изображение. Формула преобразования Фурье преобразует пространственные формы в частоты пространственных волн и наоборот, поскольку все объекты по сути являются вибрационными структурами. Различные типы линз, действующие аналогично оптическим линзам , могут изменять частотную природу передаваемой информации.

Эта нелокальность хранения информации внутри голограммы имеет решающее значение, потому что даже если большинство частей повреждены, вся информация будет содержаться даже в одной оставшейся части достаточного размера. Прибрам и другие отметили сходство между оптической голограммой и хранением памяти в человеческом мозге. Согласно теории голономного мозга, воспоминания хранятся в определенных общих областях, но хранятся нелокально внутри этих областей. [25] Это позволяет мозгу поддерживать функцию и память даже при его повреждении. [3] [24] [26] Только когда не существует частей, достаточно больших, чтобы вместить все, память теряется. [4] Это также может объяснить, почему некоторые дети сохраняют нормальный интеллект, когда большие части их мозга — в некоторых случаях половина — удаляются. Это также может объяснить, почему память не теряется, когда мозг разрезается на различные поперечные сечения. [5]

Одна голограмма может хранить 3D-информацию в 2D-формате. Такие свойства могут объяснить некоторые способности мозга, включая способность распознавать объекты под другими углами и размерами, чем в исходной сохраненной памяти.

Прибрам предположил, что нейронные голограммы были сформированы дифракционными узорами колеблющихся электрических волн в коре головного мозга. [26] Представление происходит как динамическое преобразование в распределенной сети дендритных микропроцессов. [27] Важно отметить разницу между идеей голономного мозга и голографического. Прибрам не предполагает, что мозг функционирует как единая голограмма. Скорее, волны в меньших нейронных сетях создают локализованные голограммы в более крупных работах мозга. [6] Эта патч-голография называется голономией или оконными преобразованиями Фурье.

Голографическая модель также может учитывать другие особенности памяти, которые не могут более традиционные модели. Модель памяти Хопфилда имеет раннюю точку насыщения памяти, до которой извлечение памяти резко замедляется и становится ненадежным. [24] С другой стороны, голографические модели памяти имеют гораздо большую теоретическую емкость хранения. Голографические модели также могут демонстрировать ассоциативную память, хранить сложные связи между различными концепциями и напоминать забывание через « потерянное хранение ». [13]

Синаптодендритная сеть

Некоторые из различных типов синапсов

В классической теории мозга суммирование электрических входов в дендриты и сому (тело клетки) нейрона либо ингибирует нейрон, либо возбуждает его и запускает потенциал действия вниз по аксону , где он синапсирует со следующим нейроном. Однако это не учитывает различные разновидности синапсов за пределами традиционных аксодендритных (аксон-дендрит). Существуют доказательства существования других видов синапсов, включая серийные синапсы и синапсы между дендритами и сомой, а также между различными дендритами. [5] Многие синаптические локации функционально биполярны, то есть они могут как отправлять, так и получать импульсы от каждого нейрона, распределяя вход и выход по всей группе дендритов. [5]

Процессы в этой дендритной древовидной структуре, сети теледендронов и дендритов, происходят из-за колебаний поляризаций в мембране тонковолокнистых дендритов, а не из-за распространяющихся нервных импульсов, связанных с потенциалами действия. [4] Прибрам утверждает, что длительность задержки входного сигнала в дендритной структуре до того, как он пройдет по аксону, связана с ментальным осознанием. [5] [28] Чем короче задержка, тем более бессознательно действие, в то время как более длительная задержка указывает на более длительный период осознания. Исследование Дэвида Элкона показало, что после бессознательного павловского обусловливания произошло пропорционально большее уменьшение объема дендритной структуры, сродни синаптической элиминации, когда опыт увеличивает автоматичность действия. [5] Прибрам и другие предполагают, что, в то время как бессознательное поведение опосредуется импульсами через нервные цепи, сознательное поведение возникает из микропроцессов в дендритной структуре. [4]

В то же время, дендритная сеть чрезвычайно сложна, способна получать от 100 000 до 200 000 входов в одном дереве из-за большого количества разветвлений и множества дендритных шипиков, выступающих из ветвей. [5] Более того, синаптическая гиперполяризация и деполяризация остаются несколько изолированными из-за сопротивления узкого стебля дендритного шипика, что позволяет поляризации распространяться без особых помех на другие шипики. Этому распространению дополнительно способствуют внутриклеточно микротрубочки и внеклеточно глиальные клетки . Эти поляризации действуют как волны в синаптодендритной сети, и существование нескольких волн одновременно приводит к появлению интерференционных картин. [5]

Глубокая и поверхностная структура памяти

Прибрам предполагает, что существует два слоя кортикальной обработки: поверхностная структура разделенных и локализованных нейронных цепей и глубокая структура дендритного разветвления, которая связывает поверхностную структуру вместе. Глубокая структура содержит распределенную память, в то время как поверхностная структура действует как механизм извлечения. [4] Связывание происходит посредством временной синхронизации осциллирующих поляризаций в синаптодендритной сети. Считалось, что связывание происходит только тогда, когда нет фазового опережения или запаздывания, но исследование Сола и Хамфри показало, что клетки в латеральном коленчатом ядре на самом деле производят их. [5] Здесь фазовое опережение и запаздывание действуют для усиления сенсорного различения, выступая в качестве рамки для захвата важных признаков. [5] Эти фильтры также похожи на линзы, необходимые для голографического функционирования.

Прибрам отмечает, что голографические воспоминания демонстрируют большие возможности, параллельную обработку и адресацию контента для быстрого распознавания, ассоциативное хранение для завершения восприятия и для ассоциативного припоминания. [29] [30] В системах, наделенных памятью, эти взаимодействия, следовательно, приводят к постепенно большему самоопределению. [27]

Недавние исследования

Хотя Прибрам изначально разработал теорию голономного мозга как аналогию для определенных мозговых процессов, несколько статей (включая несколько более поздних статей самого Прибрама) предположили, что сходство между голограммой и определенными функциями мозга является более чем просто метафорическим, но на самом деле структурным. [11] [28] [31] Другие по-прежнему утверждают, что связь является только аналогичной. [32] Несколько исследований показали, что та же серия операций, которая используется в моделях голографической памяти, выполняется в определенных процессах, касающихся временной памяти и оптомоторных реакций . Это указывает, по крайней мере, на возможность существования неврологических структур с определенными голономными свойствами. [10] Другие исследования продемонстрировали возможность того, что биофотонная эмиссия (биологические электрические сигналы, которые преобразуются в слабые электромагнитные волны в видимом диапазоне) может быть необходимым условием для электрической активности в мозге для хранения голографических изображений. [11] [31] Они могут играть роль в клеточной коммуникации и определенных мозговых процессах, включая сон, но необходимы дальнейшие исследования для подкрепления текущих. [28] Другие исследования показали корреляцию между более развитой когнитивной функцией и гомеотермией . Принимая во внимание голографические модели мозга, эта регуляция температуры уменьшит искажение сигнальных волн, что является важным условием для голографических систем. [11] См.: Вычислительный подход с точки зрения голографических кодов и обработки. [33]

Критика и альтернативные модели

Голономная модель функции мозга Прибрама не получила широкого распространения в то время, но с тех пор были разработаны другие квантовые модели, включая динамику мозга Джибу и Ясуэ и диссипативную квантовую динамику мозга Витиелло. Хотя они и не связаны напрямую с голономной моделью, они продолжают выходить за рамки подходов, основанных исключительно на классической теории мозга. [3] [11]

Коррелограф

В 1969 году ученые Д. Уилшоу, О. П. Бунеман и Х. Лонге-Хиггинс предложили альтернативную, неголографическую модель, которая удовлетворяла многим из тех же требований, что и оригинальная голографическая модель Габора. Модель Габора не объясняла, как мозг может использовать анализ Фурье для входящих сигналов или как он будет справляться с низким отношением сигнал-шум в реконструированных воспоминаниях. Модель коррелографа Лонге-Хиггинса была основана на идее, что любая система может выполнять те же функции, что и голограф Фурье, если она может коррелировать пары узоров. Она использует крошечные отверстия, которые не создают дифракционных узоров, для создания реконструкции, аналогичной той, что происходит в голографии Фурье. [3] Подобно голограмме, дискретный коррелограф может распознавать смещенные узоры и хранить информацию параллельным и нелокальным способом, поэтому она обычно не будет уничтожена локализованным повреждением. [34] Затем они расширили модель за пределы коррелографа до ассоциативной сети, где точки становятся параллельными линиями, расположенными в сетке. Горизонтальные линии представляют аксоны входных нейронов, а вертикальные линии представляют выходные нейроны. Каждое пересечение представляет собой модифицируемый синапс. Хотя это не может распознавать смещенные паттерны, оно имеет большую потенциальную емкость хранения. Это не обязательно должно было показать, как организован мозг, а вместо этого показать возможность улучшения исходной модели Габора. [34] Одним из свойств ассоциативной сети, которое делает ее привлекательной как нейронную модель, является то, что хорошее извлечение может быть получено даже тогда, когда некоторые элементы хранения повреждены или когда некоторые компоненты адреса неверны. [35] П. Ван Хеерден противопоставил эту модель, продемонстрировав математически, что отношение сигнал-шум голограммы может достигать 50% от идеального. Он также использовал модель с двухмерной нейронной голографической сетью для быстрого поиска, наложенного на трехмерную сеть для большой емкости хранения. Ключевым качеством этой модели была ее гибкость в изменении ориентации и исправлении искажений сохраненной информации, что важно для нашей способности распознавать объект как одну и ту же сущность с разных углов и положений, чего не хватает моделям коррелографа и ассоциативной сети. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Pribram, Karl (1991). Мозг и восприятие: Холономия и структура в обработке образов . Lawrence Erlbaum Associates, Inc. ISBN 0-89859-995-4.
  2. ^ abcde Forsdyke DR (2009). «Сэмюэль Батлер и долговременная память человека: пуст ли шкаф?». Журнал теоретической биологии . 258 (1): 156–164. Bibcode : 2009JThBi.258..156F. doi : 10.1016/j.jtbi.2009.01.028. PMID  19490862.
  3. ^ abcde Andrew AM (1997). «Десятилетие мозга — дальнейшие мысли». Kybernetes . 26 (3): 255–264. doi :10.1108/03684929710163155.
  4. ^ abcdefgh Pribram KH, Meade SD (1999). «Сознательное осознание: обработка в синаптодендритной сети». Новые идеи в психологии . 17 (3): 205–214. doi :10.1016/S0732-118X(99)00024-0.
  5. ^ abcdefghij Pribram KH (1999). «Квантовая голография: имеет ли она отношение к работе мозга?». Information Sciences . 115 (1–4): 97–102. doi :10.1016/S0020-0255(98)10082-8.
  6. ^ abc Vandervert LR (1995). «Теория хаоса и эволюция сознания и разума: термодинамически-голографическое решение проблемы разума и тела». Новые идеи в психологии . 13 (2): 107–127. doi :10.1016/0732-118X(94)00047-7.
  7. ^ Бергер ДХ, Прибрам КХ (1992). «Связь между элементарной функцией Габора и стохастической моделью распределения интервалов между импульсами в ответах нейронов зрительной коры». Биологическая кибернетика . 67 (2): 191–194. doi :10.1007/bf00201026. PMID  1320946. S2CID  11123748.
  8. ^ Pribram KH (2004). «Переоценка сознания». Разум и материя . 2 : 7–35.
  9. ^ abc Gabor D (1972). "Голография, 1948–1971". Science . 177 (4046): 299–313. Bibcode :1972Sci...177..299G. doi :10.1126/science.177.4046.299. PMID  4556285.
  10. ^ abc Борселлино А., Поджио Т. (1972). «Голографические аспекты временной памяти и оптомоторных реакций». Kybernetik . 10 (1): 58–60. doi :10.1007/bf00288785. PMID  4338085. S2CID  10084612.
  11. ^ abcde Bókkon István (2005). «Сны и нейроголография: междисциплинарная интерпретация развития состояния гомеотермии в эволюции». Сон и гипноз . 7 (2): 47–62.
  12. ^ Габор Д. (1968). "Голографическая модель временного воспоминания". Nature . 217 (5128): 584. Bibcode :1968Natur.217..584G. doi : 10.1038/217584a0 . PMID  5641120. S2CID  4147927.
  13. ^ ab Kelly MA; Blostein D.; Mewhort DJK (2013). «Структура кодирования в голографических редуцированных представлениях». Канадский журнал экспериментальной психологии . 67 (2): 79–93. doi :10.1037/a0030301. PMID  23205508.
  14. ^ Van Heerden PJ (1963). «Новый оптический метод хранения и извлечения информации». Прикладная оптика . 2 (4): 387–392. Bibcode :1963ApOpt...2..387V. doi :10.1364/AO.2.000387.
  15. ^ Van Heerden PJ (1963). «Теория оптического хранения информации в твердых телах». Прикладная оптика . 2 (4): 393–400. Bibcode :1963ApOpt...2..393V. doi :10.1364/AO.2.000393.
  16. ^ ab Van Heerden PJ (1970). «Модели мозга». Nature . 225 (5228): 177–178. Bibcode : 1970Natur.225..177V. doi : 10.1038/225177a0. PMID  5409963. S2CID  4224802.
  17. ^ abc Pribram HH (2011). «Воспоминания». NeuroQuantology . 9 (3): 370–374. doi :10.14704/nq.2011.9.3.447.
  18. ^ Эмметт Н. Лейт и Юрис Упатниекс (1965). Фотография лазером. Scientific American Том 212, выпуск 6, 1 июня 1965 г.
  19. ^ К. Прибрам (1969). Нейрофизиология запоминания. Американский том 220, выпуск 1, 1 января 1969 г.
  20. ^ Бом 1980.
  21. ^ «Имплицитный мозг» Карла Х. Прибрама, karlhpribram.com
  22. ^ ДеВалуа и ДеВалуа, 1980
  23. ^ Прибрам 1986
  24. ^ abc Шривастава В., Эдвардс СФ (2004). «Математическая модель емкой и эффективной памяти, которая переживает травму». Physica A: Статистическая механика и ее приложения . 333 (1–4): 465–477. Bibcode : 2004PhyA..333..465S. doi : 10.1016/j.physa.2003.10.008.
  25. ^ Лонге-Хиггинс HC (1968). "Голографическая модель временного воспоминания [50]". Nature . 217 (5123): 104. Bibcode :1968Natur.217..104L. doi : 10.1038/217104a0 . PMID  5635629. S2CID  4281144.
  26. ^ ab Баев КВ (2012). «Решение проблемы центральных генераторов паттернов и новая концепция функций мозга». Нейрофизиология . 4 (5): 414–432. doi :10.1007/s11062-012-9313-x. S2CID  17264908.
  27. ^ ab Pribram, Karl (1991). Мозг и восприятие: Холономия и структура в обработке образов . Laurence Erlbaum Associates, Inc. ISBN 0-89859-995-4.
  28. ^ abc Persinger MA, Lavallee C. (2012). «Концепция Σn=n и количественная поддержка церебрально-голографической и электромагнитной конфигурации сознания». Журнал исследований сознания . 19 : 128–253.
  29. ^ Unterseher, Fred (1996). Holography Handbook: Making Holograms The Easy Way (Второе издание). Ross Books. С. 354–359. ISBN 0-89496-016-4.
  30. ^ Прибрам, Карл (1990). Пролегомен для теории холономного мозга (PDF) .
  31. ^ ab Шелли Джой (2020). Электромагнитный мозг: теории электромагнитного поля о природе сознания. Внутренние традиции, стр. 240-245. ISBN 978-0-9988785-6-0 
  32. ^ Велманс М (2003). «Мир в мозге или мозг в мире?». Поведенческие и мозговые науки . 26 (4): 427–429. doi :10.1017/s0140525x03420098. S2CID  142563034.
  33. ^ Шломи Долев ; Ариэль, Ханеманн (2014). «Голографическая «мозговая» память и вычисления». Оптика и фотоника Латинской Америки : 16–21. doi :10.1364/LAOP.2014.LM2A.3. ISBN 978-1-55752-825-4.
  34. ^ ab Willshaw DJ; Buneman OP; Longuet-Higgins HC (1969). «Неголографическая ассоциативная память». Nature . 222 (5197): 960–962. Bibcode :1969Natur.222..960W. doi :10.1038/222960a0. PMID  5789326. S2CID  27768997.
  35. ^ Хинтон, Джеффри; Андерсон, Джеймс (1989). Параллельные модели ассоциативной памяти . Lawrence Erlbaum Associates, Inc. стр. 115–116. ISBN 0-8058-0270-3.

Цитируемые работы

  • Бом, Дэвид (1980). Целостность и неявный порядок . Лондон: Routledge. ISBN 0-7100-0971-2.
  • Прибрам, Карл (1986). «Теория холономного мозга в визуализации и восприятии объектов». Acta Psychologica . 63 (1–3): 175–210. doi :10.1016/0001-6918(86)90062-4. PMID  3591432.
  • Прибрам, Карл (1991). Мозг и восприятие: Холономия и структура в обработке образов . Lawrence Erlbaum Associates.

Дальнейшее чтение

  • Aerts, Diedrick; Czachor, Marek; Sozzo, Sandro (2011). Privman, V.; Ovchinnikov, V. (ред.). Quantum Interaction Approach in Cognition, Artificial Intelligence, and Robots . IARIA, Труды Пятой международной конференции по квантовым, нано- и микротехнологиям. Brussels University Press. стр. 35–40. arXiv : 1104.3345 .
  • Mishlove, Jeffrey (1998). "Голографический мозг: интервью с доктором философии Карлом Прибрамом". TWM.co.nz . Архивировано из оригинала 2006-05-18 . Получено 2012-05-18 .
  • Перуш, Митя; Лу, Чу Кионг (2011). Биологические и квантовые вычисления для человеческого зрения: голономные модели и приложения . Справочник по медицинской информации. ISBN 978-1615207855.
  • Прибрам, Карл (1993). Переосмысление нейронных сетей: квантовые поля и биологические данные . Lawrence Erlbaum Associates и INNS Press.
  • Прибрам, Карл (2007). «Теория голономного мозга». Scholarpedia . 2 (5). Вашингтон, округ Колумбия: Джорджтаунский университет : 2735. Bibcode : 2007SchpJ...2.2735P. doi : 10.4249/scholarpedia.2735 .
  • Прибрам, Карл (2013). Форма внутри . Prospecta Press.
  • Талбот, Майкл (2011). Голографическая вселенная . HarperCollins.
  • KarlPribram.com, размещает PDF-файлы статей Прибрама о HBT на английском и испанском языках.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Holonomic_brain_theory&oldid=1228764355"