ЭЭГ и сознание: алгоритмическая интерпретация (вычислительные аспекты)
Перед чтением этой статьи весьма желательно хотя бы бегло ознакомиться с книгой автора [1], также с более поздней публикацией [2] и с вводной частью статьи [6] ? все это необходимо, поскольку именно там приведено подробное описание алгоритма построения алгебраических моделей конструктивной (интуиционистской) логики (АМКЛ), моделей творческого сознания, и пояснения к практическому использованию этого алгоритма.
Статья предназначена для физиологов, психологов и специалистов в области математической логики.
1. В публикации [8] представлены данные о наличии связи между гамма-ритмом и интеллектом испытуемых. На это указывает обнаруженная связь между уровнем фазовых взаимодействий гамма-ритма с другими более низкочастотными ритмами ЭЭГ. Чем выше уровень интеллекта, тем сильнее выражена пространственная синхронизация электрической активности мозга на частоте гамма-ритма и тем больше величина гамма-индекса. Гамма-ритм выполняет роль своеобразного интегрирующего фактора в организации мозговой деятельности.
2. В [9] выявлено, что на знакомые слова по сравнению с незнакомыми наблюдается большая активность в тета1- и тета2-диапазонах на раннем этапе (150 - 300 мс) после предъявления стимула и в дельта-диапазоне после 400 - 700 мс.
3. В [10] разработана модель создания доминантного состояния в ЦНС, возникающего при решении специально составленных математических логических задач. Доминантное состояние сопровождалось повышением значений когерентности (согласованности) в дельта-диапазоне. В высокочастотных диапазонах (бета1, бета2, гамма) в лобных областях коры когерентность снижалась, а повышение ее отмечалась в центральной, париетальной, височной и окципитальной областях с преобладанием в левом полушарии. Анализ спектральной мощности ЭЭГ показал, что при решении задач возникает генерализованное по коре повышение ее значений в дельта-диапазоне. Тета-активность повышалась во фронтальной коре, а гамма -- в затылочных областях. Мощность спектра в альфа-диапазоне преимущественно снижалась.
4. В [11] обнаружено, что классическая музыка мощностью 35 и 65 дБ ускоряли процесс решения логических задач. При сопровождении решения задач музыкой наблюдалось повышение как внутри-, так и межполушарной когерентности потенциалов фронтальной коры. Применение классической музыки 35 и 65 дБ вызывало левостороннюю асимметрию. Использование как классической, так и рок-музыки большей мощности (85 дБ) приводило к преобладанию количества когерентных связей в правом полушарии.
5. В [12] отмечено, что уровень синхронности мощности альфа-активности максимален в пределах лобной области и минимален в затылочной. При функциональных нагрузках, приводящих к подавлению альфа-ритма в лобных и центральных областях происходит генерализованное снижение синхронности моментов изменений мощности в альфа-полосе. Уровень тревожности испытуемого коррелирует с синхронностью положительно,
6. Приведем некоторые гипотезы (точнее, семантические соглашения с читателями [3], см. также [13]), которые частично будут помогать "переводу" известных фактов связи ЭЭГ с сознанием на язык формализма вычисления АМКЛ как модели нашего сознания. Пусть нулевой потенциал каждой ЭЭГ - это точка разбиения их численных значений на два уровня (двух не пересекающихся множеств строк-состояний исследуемого объекта) в последующих логических моделях, 0 ниже нулевого потенциала и 1 выше. Мы переходим к отделяемому пространству Хаусдорфа - именно в этом пространстве функционирует логическая часть нашего сознания!
Возможно (см.п.5), альфа-ритм (при закрытых глазах, т.е. при некотором ограничении внешних воздействий) в основном как бы сканирует, просматривает эти два логические уровня 0 и 1. Далее отметим, что мощность спектра альфа-ритма может соответствовать оценкам Г отдельных импликаций в итоговой форме АМКЛ. Синхронность этой мощности между разными электродами над лобными областями мозга может отображать формирование здесь итоговых импликаций К усиленных в число Г раз, это как бы сила Г "очага возбуждения" К по терминологии И.П. Павлова. При функциональных ("отвлекающих") нагрузках Г уменьшается (альфа-ритм пропадает). Тревожность испытуемых при решении задач увеличивает синхронность альфа-ритма между разными участками лобных долей мозга: происходит как бы "стягивание" исходных К в итоговую тупиковую форму, где К имеют уже большие оценки Г.
7. При повышенном уровне интеллектуальности испытуемых наличие явной связи с уровнем фазовых взаимодействий гамма-ритма (см. п.1) с другими более низкочастотными ритмами ЭЭГ можно интерпретировать следующим образом. При вычислении АМКЛ наибольшее число операций сравнения значений переменных происходит при вычислении большого числа исходных импликаций К. Возможно именно это явление отображается гамма-ритмом, имеющим наибольшую частоту. Гораздо меньшее число подобных операций происходит при вычислении тупиковой формы АМКЛ, когда выделяется минимальное число К, достаточное для "покрытия" всех ситуаций (строк) в массиве исходных данных Х. Эти операции, возможно, отображаются бета-ритмом, имеющим несколько меньшую частоту чем гамма-ритм.
8. Тета-ритм (см. также п.2). Обычно появляется в фазе быстрого сна или при ярких воспоминаниях. Его малая частота указывает на относительно малое количество вычислений в АМКЛ, например, при сопоставлении лишь двух строк из множеств (0, 1) переменных в начальной стадии вычислений импликаций К. Большая амплитуда этого ритма указывает на какое-то сходство соответствующих нейронов, отображающих, в частности, функцию определенного вида анализаторов. Тета-ритм, возможно, есть проявление функции так называемых зеркальных нейронов (см. статью автора [14]).
9. Дельта-ритм (см.п.3). При решении математических задач возникает доминантное состояние (как бы "стягивание всего" в этот очаг возбуждения). Увеличение когерентности и спектральной мощности дельта-ритма с точки зрения формализма вычисления АМКЛ можно интерпретировать следующим образом. Как и ранее (см. п.8) здесь весьма малой частоте ритма соответствует также малое число сопоставлений значений переменных - процесс "стягивания" (доминанта!) здесь означает внесение новой или избыточной информации. В формализме АМКЛ это явление может соответствовать вычислению контекстов моделей (см. алгоритм вычисления АМКЛ).
В качестве заключения отметим следующее. Формализм построения АМКЛ в этой весьма сложной области физиологии мозга (и сознания!) может быть использован как своего рода "переводчик" с языка записей ЭЭГ на язык ИИ АМКЛ - вспомним, что самым первоначальным истоком всей булевой алгебры в целом было желание формализации сознания человека. По мере общения с исследователями (используя их гипотезы, т.е. в своей основе семантические соглашения) ИИ АМКЛ отображает в виде сравнительно легко интерпретируемых булевых форм как бы постепенно строящиеся основы сознания. Исходные гипотезы обычно принимаются при больших оценках Г импликаций К, иначе испытываются другие гипотезы. Для более точных оценок при небольших преобразованиях можно вычислять количество информации (негэнтропии) конечных булевых форм в целом. Все результаты могут в дальнейшем использоваться для планирования новых, более обоснованных ЭЭГ-экспериментов с большим числом переменных.
Литература
1. Щеглов В.Н. Творческое сознание: интуиционизм, алгоритмы и модели. - Тула: "Гриф и К", 2004. - 201 с., см. книгу автора (и все другие статьи) также в Интернете: http://samlib.ru/s/sheglow_w_n/ , http://publ.lib.ru/ARCHIVES/SCH/SCHEGLOV_Vitaliy_Nikolaevich/_Scheglov_V.N..html (здесь статьи с формулами), http://shcheglov.livejournal.com/ , некоторые работы могут быть в http://web.snauka.ru/wp-admin/ ).
2. Щеглов В.Н. Творческое сознание: интерпретация алгоритма построения алгебраических моделей конструктивной (интуиционистской) логики, 2007. - 12 с.
3. Драгалин А. Г. Математический интуиционизм. - М.: "Наука", 1979. - 256 с.
4. Шанин Н.А. Об иерархии способов понимания суждений в конструктивной математике// Труды математического института имени В. А. Стеклова, CXXIX // Проблемы конструктивного направления в математике, 6. - Л.: "Наука", 1973. - С. 203 - 266.
5. Антосик П., Микусинский Я., Сикорский Р. Теория обобщенных функций. - М.: Мир, 1976. - 312 с.
6. Щеглов В. Н. Темная энергия: алгоритмическая интерпретация, 2014. -- 5 с.
7. Щеглов В. Н. Глубинная психология: основы алгоритмической интерпретации, 2018. - 4 с.
8. Бушов Ю. В. и др. Высокочастотная электрическая активность мозга и восприятие времени. - Томск: Издательство ТГУ, 2009.