Изучение функциональной роли ритмической активности во взаимосвязанных структурах головного мозга было проведено на модели из формальных нейронов, представляющих собой пороговые элементы. Было показано, что при наличии в сети ритмических колебаний возбудимости и реактивности облегчение проведения возбуждения по нервной сети наблюдается лишь при довольно жестких соотношениях параметров, характеризующих ритм и связь фазы ритма с возбудимостью нейронов. При этом для облегчения сквозного проведения возбуждения необходимо не только наличие оптимального соотношения частоты, сдвига фаз колебаний возбудимости и времени переключения возбуждения, но и обязательное соблюдение когерентности ритмических колебаний как в пределах одного слоя сети, так и во всех последовательно связанных группах нейронов. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, что обычно и имеет место при выработке внутреннего торможения и в состоянии сна, то наблюдается существенное ограничение проведения возбуждения по нервной сети по сравнению с вариантом отсутствия ритмических колебаний возбудимости (рис. 16). При наличии достаточно большого числа синаптических переключений возбуждение в этих условиях может вообще не дойти до выхода, т. к. этому препятствует фаза пониженной возбудимости, одновременно возникающая во всех слоях нейросети. После проведения исследований с использованием модели нейросети стало ясно, что для благоприятного проведения возбуждения по структурам головного мозга, кроме непременного условия когерентности ритмических колебаний, необходимо оптимальное соотношение частот и фаз ритмики биопотенциалов во взаимосвязанных популяциях нейронов (Крылов и соавт. 1974, Шульгина и соавт. 1988).
Рис. 16. Скорость проведения возбуждения по сети из пороговых нейроноподобных элементов в зависимости от параметров колебаний их возбудимости.
По оси абсцисс – порядковые номера последовательно связанных слоев элементов сети. По оси ординат – число возбужденных элементов в данном слое сети (черные квадраты). Цифры справа – динамика смены фаз возбудимости в слоях сети (слева направо) в последовательные такты времени (сверху вниз). А – ритмические колебания возбудимости отсутствуют, Б – пример оптимального для проведения возбуждения соотношения частот и сдвига фаз ритмических колебаний возбудимости, В и Г – ограничение проведения возбуждения по сравнению с вариантом без ритма при неоптимальном соотношении частот и сдвига фаз колебаний возбудимости нервных элементов (по: Крылов, Острякова. Шульгина,1974).
Рис. 17. Динамика активности 20-и возбудительных элементов ассоциативной сети в процессе фиксации новой информации при подаче на нее пространственно-структурированных влияний (тонически, в каждый такт времени) от рецептивной сети и подкрепляющей периодической импульсации (через один такт времени) от общего входа.
Каждый такт времени характеризуется активностью всех 20-и возбудительных элементов сети. «1»– означает возникновение импульса у данного возбудительного элемента в данный такт; «-» – отсутствие импульса. Буквы внизу означают символы, подаваемые в данном такте на рецептивную и далее на ассоциативную сеть. Смена подачи очередного символа осуществляется через каждые шесть тактов времени. Исходно подпороговые влияния в процессе обучения становятся надпороговыми. В фазу генерализованной активации информация не проявляется, в фазу снижения общей активации проявляется пространственно – структурированная активность нейроноподобных элементов сети.
Возникающие на фоне активации ЭЭГ упорядоченные потоки импульсации, тонические и групповые, продлевают следы возбуждения посредством их реверберации по замкнутым нейронным цепочкам. Как показывают результаты их изучения в реальном эксперименте и в исследованиях на модели нервной сети, взаимодействие синхронных упорядоченных импульсных потоков играет существенную роль в процессах фиксации и воспроизведения информации. Было показано, что при совпадении во времени этих влияний на соответствующие элементы сети происходит фиксация информации, а в межгрупповых интервалах наблюдается проявление зафиксированной информации (рис. 17). См. также (Шульгина, 1990, 1997), Многие авторы предполагают участие ритмической активности в реализации принципа квантованной обработки информации (Ливанов, 1972; Гусельников и Супин, 1968; Прибрам, 1975).