Эта область исследований дала начало совершенно новой отрасли науки – теории хаоса, или нелинейной динамики. Сейчас мы все больше и больше убеждаемся в том, что теория хаоса дает нам ключ к пониманию сложности и необратимости происходящих в природе процессов
[71]
.
Другой подход к решению проблемы был предложен Бенуа Мандельбротом, открывшим фракционные («фрактальные») периодичности и измерения. В своей книге «Фрактальная геометрия природы» Мандельброт демонстрирует компьютерные узоры, до жути напоминающие облака, снежинки, деревья, горные хребты и пр. Это целый мир «природных» ландшафтов, разительно отличающихся масштабом – от геологического до микроскопического. Характерной чертой природных форм является то, что они одновременно существуют в разных масштабах, сохраняя на каждом уровне свою форму, то есть являются изоморфными, независимо от их величины в любой координатной шкале. Так, если «картины Мандельброта» увеличить или проанализировать с помощью компьютера, то мы увидим бесконечную последовательность одинаковых паттернов, причем все они, если можно так сказать, с самого начала присутствовали в структуре. Все это очень похоже на «геометрические орнаментальные структуры», о которых говорит Клювер, структуры, содержащие потенциально бесконечную последовательность тождественных форм, имеющих все более и более мелкий масштаб. Такие феномены непостижимы в пределах привычного евклидова мира, но представляются совершенно естественными и даже необходимыми, если принять идею фракционного измерения или фрактала.
Итак, в течение последних двадцати лет происходит новая революция, объединяющая концепции и открытия многих отраслей науки. Благодаря этой революции мы теперь в состоянии видеть, как говорит Фейгенбаум, «поведение Вселенной» в действии, на всех уровнях – от космического до нейронного (Фейгенбаум, 1980). Эта невероятная сложность поведения вселенной является зримым опровержением взглядов, согласно которым реальность должна быть «простой». Анализ реального поведения вселенной и составление ее адекватной картины требуют не только создания новых отраслей математики, но и разработки сверхмощных компьютеров.
Новая модель мигренозной ауры
Волнующий прогресс науки заставил нас заново взглянуть на не поддающуюся прежде решению проблему сложных, непрерывно развертывающихся форм ауры и на проблему констант галлюцинаторных форм вообще. Такой новый взгляд был невозможен в то время, когда я писал первоначальный вариант этой книги. Не менее важной стала возможность имитации, а именно создание моделей нейронных сетей, обладающих по меньшей мере некоторыми свойствами реальной мозговой коры. Появилась также возможность с помощью сверхмощных компьютеров визуализировать поведение таких сетей после стимуляции. Мы смогли увидеть, могут ли эти искусственные системы, находясь в состоянии, далеком от равновесного, порождать пространственные и временные паттерны, характерные для ауры. Таким моделированием мы и занимаемся в настоящее время.
Сама природа моделей предполагает упрощение; мы не можем дать модели все, чем обладает настоящая мозговая кора – сотни миллионов клеток двадцати типов, шесть слоев и бесконечное множество внутренних и внешних связей. Но тем не менее мы можем имитировать некоторые свойства и параметры активности – по крайней мере временные (Зигель, 1991). Нейроны коры продуцируют потенциалы действия, возникающие вследствие сложного, зависимого от времени перемещения ионов в клетку и из нее. В самом деле, эти потенциалы действия являются основой функции нейронов – это единственный способ коммуникации между отдельными нейронами. Потенциалы действия распространяются по нейронным сетям не мгновенно – для того чтобы пройти по аксону и преодолеть синапс, импульсу требуется определенное время. Этот временной фактор нельзя игнорировать: мигренозная аура происходит во времени, развертывается во времени и развивается во времени. Аура не состоит из независимых от времени пространственно организованных элементов. Таким образом, несмотря на то что наша модель состоит всего из 400 «нейронов» (расположенных в виде квадрата из 20х20 нейронов) и из единственного, «возбудимого» типа клеток, она все же обладает теми временными свойствами, которые, с точки зрения физиологии, являются важнейшими. В нашей сети возникают потенциалы действия, обладающие свойством временной задержки (то есть требуется определенное время для того, чтобы потенциал перешел с одного нейрона на другой), и в сети есть синапсы, присутствие которых имитирует «функциональную анатомию» цельности, характерной и для реальной коры головного мозга. Все эти параметры можно произвольно и независимо друг от друга менять, как и сами стимулы.
Когда мы анализируем эту сеть на компьютере, то отчетливо видим три типа поведения, зависящие от выбранных параметров. Единственный точечный стимул вызывает образование волн, движущихся от точки стимуляции до тех пор, пока (в полном соответствии с законом «все или ничего», которому подчиняются потенциалы действия) она внезапно не затухает, переставая существовать. Такие волны – в момент их возникновения – мы можем рассматривать как аналоги фосфенов, а затем, во время их распространения по нейронной сети – как аналоги симметрично расширяющейся кортикальной волны, соответствующей расширяющейся, но сохраняющей исходную форму скотоме. Надо подчеркнуть, что в нашей модели волны создаются возбуждением и проведением потенциалов действия; эти волны не являются результатом чисто физической диффузии или иррадиации.
При задании иных параметров первичная волна активности может вызывать появление вторичных и третичных волн – каждый возбужденный нейрон потенциально может стать источником такой дополнительной волны. Эти вторичные и третичные волны могут затем сталкиваться между собой, в результате чего мы наблюдаем интерференцию – как с увеличением, так и с уменьшением амплитуд сталкивающихся волн. Этот процесс мы можем с полным правом считать случайным процессом формирования множественных очагов возбуждения. Этот процесс мы можем считать аналогом беспорядочных расстройств, характерных для начального периода третьей фазы ауры – до появления упорядоченных элементов – решеток и других геометрических фигур.
При задании других параметров происходят новые и удивительные феномены: возникновение и спонтанная эволюция в пространстве и во времени сложных геометрических рисунков. Некоторые такие рисунки относительно просты, похожи на решетки, радиальные формы и спирали, наблюдаемые при мигрени. Другие рисунки отличаются большей сложностью и напоминают изощренные «орнаментальные» формы, описанные Клювером.
