2
Есть ли в мозге «жесткий диск»?
Ваш мозг у вас с собой?
Вы когда-нибудь пытались разобраться в собственном мозге? У вас он есть, в этом я могу вас уверить. Объем его составляет от 1 до 1,5 л, а весит он около 1,5 кг. Объему и весу нашего мозга приблизительно соответствует пластиковая бутылка с минеральной водой емкостью 1,25 л. Между прочим, мозг примерно на три четверти состоит из воды. Все остальное – это в основном жир и белок. Самое удивительное заключается в том, что это тесто без муки способно очень и очень на многое.
Мозг мужчины по объему и весу превосходит женский мозг приблизительно на 10 %. Не спешите, однако, радоваться и торжествовать, уважаемые господа! Дело в том, что качество мозга отнюдь не зависит от его веса. Мозг слона весит в среднем пять килограммов, а мозг синего кита – целых восемь. Надо, правда, вспомнить, что и слоны, и киты несколько тяжелее человека. Но! Отношение веса мозга к весу тела является у человека наибольшим среди всех млекопитающих. И это правда, что чем больше это отношение, тем умнее данный биологический вид. У слонов вес мозга составляет всего лишь 0,2 % от веса тела, а у нас – целых 2 %! Между прочим, такое же соотношение у некоторых мышей и дельфинов, а у некоторых птиц доля мозга в весе тела составляет до 8 %. Для того чтобы все же отвести человеку первое место, в 1973 году был разработан и внедрен в исследовательскую практику «коэффициент энцефализации». Это величина, по которой сравнивают между собой различные биологические виды. Суть заключается в следующем: рассчитывают, каким по весу должен быть мозг у представителей какого-то вида при определенном весе тела и во сколько раз он отличается от реального веса мозга. И смотрите-ка, при таком расчете наш мозг оказывается в семь раз больше, чем он должен быть, исходя из веса нашего тела. Мы, несмотря ни на что, все равно первые. Даже у дельфинов коэффициент едва дотягивает до смехотворных четырех или пяти. Правда, дельфины, возможно, и сами смеются над нами, видя, какими пустяками мы занимаемся.
Согласно результатам ряда исследований, у нас, людей, действительно внутри одного пола наблюдается некоторая корреляция между интеллектом и весом мозга. Это не значит, что большой мозг непременно принадлежит толковому человеку и наоборот. Например, мозг Альберта Эйнштейна был легче среднего, как выяснилось после его смерти. Функционально между мозгом женщины и мозгом мужчины нет уловимой разницы. Несколько меньший по размерам женский мозг умеет делать то же самое, что и мужской, скорее всего, за счет лучшей организации. Однако в деталях между ними все же есть некоторая разница. Если подвергнуть количественным измерениям множество образцов мужского и женского мозга, то можно удостовериться в том, что есть отделы мозга, которые в среднем лучше развиты у мужчин, и отделы, которые лучше – в среднем – развиты у женщин. Однако для такого вывода надо исследовать множество образцов человеческого мозга. Проще говоря, при взгляде на голого человека можно сразу сказать, мужчина это или женщина, но при взгляде на изолированный человеческий мозг невозможно определить, принадлежит он мужчине или женщине.
Лишено разумного содержания также и утверждение о том, что кто-то является «правополушарным», а кто-то «левополушарным» человеком. Будучи специалистом по нейробиологии, я всякий раз недоуменно пожимаю плечами, когда слышу, как тот или иной самозваный эксперт утверждает, что мы принадлежим либо к первой категории, либо ко второй, а третьего не дано, потому что якобы одно из полушарий непременно должно доминировать.
Одно полушарие склонно к художественному творчеству, а другое – к логическому мышлению. Но это же бессмыслица. С тех пор как были изобретены определенные методы исследования мозга, мы можем установить, какие области мозга становятся более активными, чем другие, при выполнении тех или иных задач. Именно благодаря этим методам и возникла такая, насквозь фальшивая картина. Конечно, это правда, что некоторые функции преобладают в одном из полушарий мозга – например, у правшей почти всегда речевой центр находится в левом полушарии. Но даже писатели и поэты используют левое полушарие не в большей степени, чем правое. Вывод таков: естественно, мы используем весь наш мозг целиком, а не 10 % или какую-то иную долю. Такой пустой растраты энергии природа никогда бы не допустила, ибо мозг, составляющий по весу лишь 2 % от веса тела, потребляет 20 % всей энергии, какой располагает организм.
Мозг состоит из множества частей. Учебники по строению мозга – по его анатомии, – которые содержат даже начальные сведения, не бывают по объему меньше 400 страниц. Скажем, что это довольно большая нагрузка на память студентов-медиков, но нам, всем остальным, это не нужно. Тем не менее очень интересно хотя бы в общих чертах представлять себе строение головного мозга человека.
Вот главные составные части этого удивительного органа: промежуточный мозг, мозжечок и большой мозг. Ствол мозга – это вход в мозг. Мозг надежно защищен от внешних воздействий черепом, в полости которого он спрятан, и поэтому нуждается в путях поступления информации от органов чувств, в сведениях о состоянии тела и его изменениях, в информации из всех уголков и областей организма. Для передачи информации мы располагаем нервами, и большинство из них проходят в стволе головного мозга. Таким образом, можно сказать, что ствол является распределительной коробкой мозга. Однако здесь же находится и «отдел технического обслуживания» организма, то есть органы управления такими основополагающими процессами, как дыхание, деятельность сердца и обмен веществ. Здесь же замыкаются такие важные рефлексы, как, например, глотательный рефлекс. Все эти функции осуществляются независимо от сознания. В противном случае мы бы периодически наверняка забывали дышать и глотать. Локализованные здесь функции возникли в процессе эволюции сотни миллионов лет назад, в связи с чем эту часть мозга часто называют с оттенком пренебрежения «мозгом рептилии». Однако для выживания часто оказывается достаточно и ствола мозга. В 1940-х годах в США всю страну объехал владелец безголового петушка Майка. Этому петушку неправильно отрубили голову, и у него уцелел ствол мозга и еще немного мозговой ткани. Птица выжила. Кормить ее можно было непосредственно через рассеченный открытый пищевод. Петушок бродил по двору и пытался клевать и даже кудахтать. Все это придает новое значение буквальному понятию о безголовости.
Мозжечок играет важную роль в управлении движениями. Несмотря на то что он и в самом деле мал в сравнении с большим мозгом (бывают, оказывается, и вполне осмысленные названия), большое количество складок многократно увеличивает площадь его поверхности. Мозжечок получает и перерабатывает информацию о равновесии и о текущем положении движущихся частей тела, а следовательно, может детально ими управлять, придавая им плавность и согласованность. В то время как большой мозг принимает стратегические решения: «Так, сейчас мы двинем рукой», мозжечок задуманное движение выполняет, включая для этого нужные мышцы в нужной последовательности, посылая им электрические сигналы по нервам. Помимо этого мозжечок играет важную роль в обучении, в формировании процедурной памяти; заученная последовательность движений осуществляется именно под руководством мозжечка, и поэтому стереотипные движения нами не осознаются. В последнее время многие ученые склоняются к тому, что мозжечок играет роль и в освоении более сложных форм поведения.
Промежуточный мозг располагается в глубине мозга, под его полушариями, между другими частями. Промежуточный мозг принимает информацию от органов чувств (за исключением обоняния). Эту роль главным образом играет таламус, так сказать, привратник большого мозга. Таламус (зрительный бугор) решает, в зависимости от обстоятельств, какую информацию надо передать в большой мозг, а какую – нет.
На вас сейчас надет пояс? Вы его чувствуете? До того как я задал этот вопрос, вы его – почти наверняка – не чувствовали. Таламус отсек эту информацию от большого мозга, но нервные волокна постоянно передают в таламус сигналы о легком давлении в области талии. Только в том случае, если большой мозг пожелает удостовериться, что пояс на месте, вы снова начнете осознавать его присутствие. Кроме того, таламус отреагирует и начнет пропускать информацию о поясе в большой мозг, если вас кто-то за пояс дернет. Я, например, живу возле церкви. Когда колокол отбивает очередной час, я едва слышу этот звон, а гости от неожиданности вздрагивают. Когда мы спим, таламус вообще практически запирает ворота, отгораживая нас от ненужного потока поступающей в мозг информации от органов чувств. Кроме того, в промежуточном мозге расположен еще и гипоталамус (буквально подбугорье, то есть область «под таламусом»), управляющий деятельностью автономной (вегетативной) нервной системы, регулирующей автоматические процессы, протекающие в организме, а также вместе с гипофизом осуществляющий и гормональную регуляцию.
Большой мозг – это та часть головного мозга, которую мы, как правило, имеем в виду, произнося слово «мозг». Когда мы смотрим на мозг сверху, мы видим складки коры большого мозга. Именно здесь локализованы способности, делающие нас людьми и выделяющие из остального животного царства. Все вышеназванные части головного мозга отличаются от соответствующих частей головного мозга приматов меньше, чем большой мозг человека отличается от большого мозга тех же приматов. Естественно, и в этом случае речь идет не о едином большом мозге, а о совокупности его областей – например полушарий, которые соединены между собой так называемым мозолистым телом. Полушария состоят каждое из четырех долей плюс доля островка. Доли подразделяются на участки посредством борозд и извилин. Эти участки специализируются на каких-то частных задачах и функциях. Именно здесь, в коре больших полушарий, локализованы функции нашего мышления и сознания.
Нейроны
Говоря об обучении, мы часто упоминаем клетки серого вещества. Мы говорим, что нервные клетки не восстанавливаются, опять-таки имея в виду клетки серого вещества. Так как же поживают эти наши клетки? Надо надеяться, что у вас они отнюдь не серые, ибо такой цвет мозг приобретает только в банке с консервирующим раствором. Клетки серого вещества живого мозга прозрачны, а протекающая сквозь ткани мозга кровь придает ему скорее розоватый цвет. Большая часть серого вещества представлена корой головного мозга. Здесь нервные клетки расположены чрезвычайно густо. В науке их называют «нейронами». На нейронах находятся синапсы, места переключения, в которых нейроны соединяются друг с другом. Помимо этого, в мозге есть клетки еще трех типов. Об этих клетках в популярной литературе пишут реже, хотя именно они помогают нервным клеткам нормально функционировать. Эти клетки называют глиальными. Белое вещество мозга состоит прежде всего из нервных волокон, соединяющих между собой нейроны.
Как уже было сказано выше, в человеческом мозге содержатся от 86 до 100 миллиардов нейронов. Размеры нейронов сильно варьируют – от четырех до ста микрометров в диаметре. Таким образом, футбольный мяч в 1,4 миллиарда раз больше среднего (приблизительно шарообразного) нейрона диаметром 20 микрометров. Однако если развернуть и выпрямить все связи нейронов, то эта цепь протянется в длину на 1720 километров – это расстояние в два раза больше расстояния от Фленсбурга до Мюнхена. Естественно, нейроны есть не только в головном мозге – они рассеяны по всему нашему телу. В спинном мозге число нейронов достигает 20 миллионов, а в кишечнике их более 100 миллионов, так что мы можем с полным правом говорить о «кишечном» или «втором» мозге.
Нейроны – это особая форма клеток организма. Существуют разные виды нейронов, но для всех них характерно одно свойство – способность «проводить возбуждение», то есть способность, в зависимости от входящего сигнала, порождать и передавать дальше другой сигнал – или, как говорят нейрофизиологи, «разряжаться». Один нейрон может разряжаться до нескольких десятков раз в секунду. При этом у нейрона множество входов и только один выход. Этот выход работает по принципу «все или ничего». У возбуждения существует порог. Если этот порог достигнут, то происходит разряд. Это можно сравнить со средневековой деревней. На стенах, окружающих деревню, сидят наблюдатели и смотрят, не приближается ли враг. Задача наблюдателей – сообщать об опасности князю в ближайшей крепости. Однако князю докладывают об опасности не каждый раз, когда вдали появляются чужаки. В этом случае в городе постоянно царила бы паника, и никому не было бы пользы от такой бдительности. Князю сообщают об угрозе только в тех случаях, когда много наблюдателей одновременно видят большое скопление чужеземцев или если те подобрались слишком близко к стенам крепости. Только тогда настает время подать сигнал тревоги.
Один нейрон может одновременно получать тысячи входящих сигналов (вероятно, что столько же было и наблюдателей вокруг крепости). Однако в результате разряда на выходе появляется один-единственный сигнал. Волокна, по которым сигналы поступают в нейрон, называются дендритами, а волокно, по которому сигнал покидает нейрон, – аксоном. Сигнал представляет собой электрический импульс, и электрические потенциалы нервных клеток (точнее, их величины) решают, разряжаться им или нет.
Существуют различные типы нервных клеток (нейронов). На рисунке показано типичное строение нервной клетки. Вокруг клеточного ядра располагается тело клетки, в которое входят многочисленные входящие отростки – дендриты. Напротив, отросток, по которому возбуждение (электрический сигнал) распространяется в направлении от клетки, только один (аксон). Каждый аксон обернут прерывистым футляром из вспомогательных клеток белого вещества. Эти футляры называются миелиновыми оболочками. Именно они обеспечивают высокую скорость проведения импульса по аксонам
Одиночные нейроны могут немногое. Нейрон либо передает сигнал, либо не передает. Это не слишком мудреная задача. С помощью такого механизма невозможно хранить информацию. Только совместная деятельность объединенных в сети нейронов обеспечивает невероятные способности, которые проявляет наш мозг. Аксон нейрона может достигать метра в длину, но при этом очень тонок. То, что мы обычно называем нервными волокнами, представляет собой пучок аксонов, упакованных в защитный футляр. Скорость передачи нервного импульса в нервной системе человека колеблется от двух до ста двадцати метров в секунду, то есть до 430 километров в час. Это больше, чем скорость гонщика «Формулы-1», но меньше скорости пассажирского реактивного самолета.
Нейроны с самым быстрым проведением импульсов по аксонам управляют движениями произвольных мышц тела. Внутри головного мозга скорость проведения по аксонам меньше, и в среднем составляет тридцать метров в секунду. Протяженности проводящих путей внутри мозга невелики, а более низкая скорость распространения импульсов обеспечивает более надежное проведение. Ничего особенного, точно так же планируют городские магистрали. Два удаленных друг от друга населенных пункта соединяют между собой широкой скоростной трассой, которая при этом занимает значительное пространство. В жилых кварталах, однако, каждый дом стоит на узкой улице, скорость движения по которой, соответственно, ограниченна.
Синапсы
В передаче возбуждения важно не только число соединений между нейронами, но и способ их деятельности. Входные и выходные пути проведения связаны с другими клетками не как электрические кабели. Пути проведения начинаются и оканчиваются особыми контактными структурами – синапсами. Сообщающиеся между собой нейроны непосредственно не соприкасаются, между ними всегда есть щель. Когда электрический импульс доходит до окончания аксона возбужденной клетки, из него выделяется сигнальное вещество (нейротрансмиттер), поступающее в щель, через которую оно переходит к началу дендрита, где соединяется с расположенными на нем рецепторами. Это соединение приводит к формированию на дендрите электрического потенциала, то есть происходит электрохимическое возбуждение. После этого нейротрансмиттер отделяется от рецептора и снова захватывается аксоном, или просто разрушается в щели. Все эти события происходят в течение ничтожных долей секунды. Нейротрансмиттер не во всех случаях приводит к возникновению потенциала действия (возбуждения следующей клетки). В некоторых случаях нейротрансмиттер лишь повышает возбудимость нейрона, а в некоторых – уменьшает ее, блокируя проведение следующих импульсов. В большинстве случаев один нейрон выделяет из своих окончаний один и тот же нейромедиатор (нейротрансмиттер). Поэтому нейроны часто классифицируют по их нейромедиаторам.
В настоящее время известно более ста различных нейротрансмиттеров. Самыми распространенными являются глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Глутамат возбуждает, передает приказ: «Разряжаться!», ГАМК отдает противоположный приказ: «Успокоиться!»
Самыми известными нейротрансмиттерами являются серотонин и дофамин, «гормоны счастья». Каждый нейротрансмиттер выполняет в нервной системе свои специфические задачи, и только потому, что один нейрон, как правило, реагирует на один-единственный медиатор, можно обнаруживать действующие нейронные сети. Например, нейроны, реагирующие на дофамин, называют «дофаминергическими». Самая известная дофаминергическая система связывает ствол мозга (а через него средний мозг) с лимбической системой. Эту систему иначе называют системой вознаграждения. Расположенные в центральной части головного мозга структуры, принадлежащие лимбической системе, очень важны для обработки эмоций, а также для формирования мотиваций и долговременной памяти. Сигналы в этой сети передаются за счет дофамина. При позитивных переживаниях, например когда мы получаем какое-то вознаграждение, в окончаниях выделяется еще больше дофамина. В этом есть несомненный биологический смысл: если мы едим и насыщаемся, то чувствуем покой, счастье и благополучие. Это ощущение откладывается в головном мозге, и память создает мотивацию вовремя и хорошо питаться.
Синапс – это соединение двух нейронов. Здесь возбуждение передается с одной нервной клетки на другую. Этот процесс осуществляется нейротрансмиттером, в данном случае дофамином. Когда нейрон «разряжается», в аксоне возникает электрическое возбуждение (вверху). Содержащийся в пузырьках нейротрансмиттер выделяется в синаптическую щель – пространство, отделяющее аксон от дендрита следующей нервной клетки. На дендритах принимающего возбуждение нейрона расположены соответствующие рецепторы – молекулы, связывающиеся с нейротрансмиттером (в данном случае с дофамином). Если с рецепторами связывается достаточное количество молекул нейротрансмиттера, на этом месте возникает электрический сигнал. Неиспользованные молекулы медиатора снова захватываются аксоном или разрушаются
Эта основополагающая система возникла давно и присутствует у всех без исключения млекопитающих. Дофамин в качестве нейротрансмиттера работает в нервной системе практически всех животных. В эти процессы активно вмешиваются наркотические вещества, вызывающие зависимость. Например, кокаин препятствует обратному захвату дофамина в синапсах. Развивается чрезмерное возбуждение, приводящее к ощущению безмерного счастья и к повышенной работоспособности. Однако при переизбытке дофамина у рецепторов притупляется чувствительность к этому нейромедиатору. Нормального количества дофамина перестает хватать без дополнительного введения кокаина или амфетамина, что довольно быстро приводит к наркотической зависимости.
Влияние выброса дофамина на нейрон зависит также от типа его рецепторов, воспринимающих сигнал. Существует пять видов дофаминовых рецепторов, которые можно разделить на два класса: выделение дофамина в синапс сопровождается, в зависимости от типа рецепторов, возбуждением или торможением целевого нейрона. Происходит приблизительно то же, что в трудовом коллективе. Если шеф рычит на сотрудников, выдавая им свои ценные указания, и рык этот становится все более и более грозным, то это вызывает у сотрудников (рецепторов) разные реакции. Одного сотрудника это стимулирует. На другого не оказывает никакого действия, а третьего вгоняет в ступор. Результат: первый станет работать лучше, а второй и третий – нет. В конторе, кроме того, сидят и другие сотрудники, подчиняющиеся другому шефу. Они замечают, что количество медиатора (распоряжений) в конторе стало больше, но они, в силу ненадобности, на них не реагируют. Из этого многообразия медиаторов и рецепторов следует, что в зависимости от внешних условий вся нервная система в совокупности может обеспечивать целый спектр многообразных реакций. В целом считается, что глутамат и ГАМК обеспечивают быстрый и непосредственный обмен информацией, а такие медиаторы, как дофамин и серотонин, очень важны для медленных, касающихся всей нервной системы изменений. Например, они отвечают за спокойствие или, наоборот, повышение уровня бодрствования.
Помимо этого, синапсы играют важную роль в обучении! Почему и каким образом? Дело в том, что они могут менять свои свойства. Из исследований Кандела, проведенных на аплизиях, нам известно, что если непрерывно активировать один и тот же нейрон, то он в конце концов начнет выделять все меньше и меньше медиатора, что, естественно, приводит к уменьшению возбуждения следующего нейрона. Если же на фоне привычной стимуляции приходит какой-то другой сигнал, то синапсы начнут выделять больше медиатора. Такое происходит, например, в тех случаях, когда аплизии постоянно поглаживают чувствительные отростки, а затем внезапно наносят по хвосту удар током. После этого даже поглаживание приводит к усилению выделения медиаторов в синапсе и к сильным движениям хвоста – даже без всякого удара током. Эти изменения являются кратковременными: биохимические реакции меняются, но их прочного встраивания не происходит. Таким образом, в данном случае речь идет о кратковременной памяти. Однако при повторных или длительных раздражениях одного нейрона в мозге происходит реальная перестройка. Возникают новые точки контакта, начинается разрастание дендритов, укрепляются существующие соединения и возникают новые.
В поисках следов памяти
Сто лет назад ученые, изучавшие мозг, считали, что память хранится в мозге в закодированном виде. Если мы чему-то научились и в результате изменилось строение мозга, то в нем непременно должны остаться следы приобретенного знания. Эти гипотетические следы были названы энграммами. Много сил было потрачено на их поиск и обнаружение. Но, несмотря на все усилия, эти изменения не были найдены ни в одном участке головного мозга. Как мы усвоили из предыдущей главы, мозг постоянно изменяется в процессе обучения. Одно-единственное запоминание приводит ко многим изменениям, так как по ходу его происходит активация множества нейронов. Значит, след памяти надо искать в специфической последовательности переноса возбуждения.
Например, путешествие в Париж способно активировать множество систем памяти. Представьте себе, что вы стоите вместе с возлюбленной на Эйфелевой башне. От одного этого у вас в мозге происходит активация множества нервных клеток: одни обрабатывают эмоции, другие обеспечивают данными автобиографическую память, третьи важны для формирования семантической памяти, где откладывается такая важная для викторин информация, как, например, то, что высота Эйфелевой башни – 324 метра. Если же вы поцелуете возлюбленную, то забудете обо всем на свете. Чувственность захлестывает вас обоих, вы закрываете глаза и не замечаете, как карманный воришка вытаскивает из вашего кармана бумажник. Ах, о чем это я… рассказывая впоследствии дома обо всем увиденном и пережитом в Париже, вы снова включаете сходные нейронные сети и заново переживаете романтические моменты, поцелуй и свой взволнованный рассказ в полицейском участке.
Особые клетки головного мозга
Один нейрон не способен хранить информацию, он может лишь передавать импульсы. Воспоминание – это всегда цепь и последовательность возбуждений. Однако, несмотря на это, существуют отдельные нейроны, которые совершают удивительные вещи! Например, есть клетки, которые называют «нейронами места» или «нейронами решетки». В 2014 году эти клетки получили Нобелевскую премию. Ну, конечно, не они сами, а нейрофизиологи Джон О’Кифи, Мэй Бритт Мозер и Эдвард Мозер, открывшие эти клетки. Бабушкин нейрон – это скорее модель, нежели настоящая нервная клетка. Напротив, нейроны Дженнифер Энистон кажутся настоящими, хотя это уже другая история.
Изучать то, как отдельные нейроны реагируют на определенные мысли, трудно. Для наблюдения за нейронами и их поведением нам пришлось бы извлечь мозг из черепной коробки, но такой мозг не способен мыслить. То есть изучать надо живой мозг. Это правда, что современные методы наружного исследования не позволяют исследовать на живом мозге поведение отдельных нейронов. Для этого надо ввести электроды в ткань мозга, но интактный мозг между тем надежно защищен от взлома сводом черепа. Поэтому исследования, удостоенные в 2014 году Нобелевской премии, были проведены на животных. Ученые наблюдали за ходом возбуждения в отдельных нейронах гиппокампа (области мозга, о которой мы еще будем говорить ниже) крысы. При этом ученые установили, что существуют определенные нейроны, которые всегда активировались, когда животное находилось в определенном месте своего пути. Животное перемещалось по клетке свободно, и нейроны возбуждались независимо от направления, в котором животное бежало, оказываясь в определенном месте. Как только крыса оказывалась в топографическом поле данного нейрона, он тотчас же разряжался. Разряд не зависел от временных параметров, но только и исключительно от места. Эти специализированные нейроны были названы авторами «place cells», то есть клетками места. Так, впервые стало понятно, как мозг учится оценивать, в каком месте пространства он находится.
Однако эти клетки, или нейроны места, не привязаны к GPS-координатам. Во-первых, каждая клетка реагирует на определенное поле, а не на точку. Когда животное исследует лабиринт со множеством отсеков, нервная клетка реагирует на весь отсек, а не на положение животного в нем. Во-вторых, при исследовании другого окружения активируются те же нервные клетки. Интересно наблюдать, как изменяются при этом поля, на которые реагирует одна клетка. Если клетка разряжается в квадратном боксе в нижнем левом углу, то она же разряжается в продолговатом прямоугольном боксе тоже именно в нижнем левом углу. Если после этого поместить крысу на стол, не имеющий стен, но ограниченный своими краями, то и на нем клетка разряжается в нижнем левом углу. Таким образом, важна ориентация границ доступного животному пространства. Кроме того, поля накладываются друг на друга, поэтому, хотя на первый взгляд и кажется, что каждая клетка обладает своим полем, на самом деле точное местоположение поля закодировано в активности множества нейронов. Так как поля этих клеток варьируют, то одного этого механизма недостаточно для того, чтобы точно кодировать местоположение.
Поэтому существует дополнительный механизм, тоже открытый Мозерами: так называемые нейроны решетки (координатные нейроны). Эти нейроны тоже разряжаются при нахождении организма в определенных местах, но не в каких-то определенных местах данного пространства, а в сети точек, упорядоченных в точном геометрическом порядке – в гексагональную решетчатую структуру. Эти клетки расположены не в гиппокампе, а в соседней области большого мозга, но активно сообщаются с клетками места, придавая мозгу способность сохранять информацию о местоположении.
Эти результаты можно получить и воспроизвести на мозге крыс, мышей, а также приматов. Однако это не значит, что их можно автоматически воспроизвести и у человека. Конечно, эти опыты с введением электродов можно в принципе выполнять и на человеке – по глупости ради этого можно даже вскрыть черепную коробку. Вероятно, нашлись бы сумасшедшие ученые и жадные до денег испытуемые, которые могли бы воплотить такой подход в жизнь, но, к счастью, существует законодательство, прямо запрещающее такое вмешательство. Тем, что мы все же располагаем такими результатами, мы обязаны существованию больных (по большей части с эпилепсией), которым показаны нейрохирургические операции на открытом мозге. Во время таких операций к мозгу прикладывают электроды и возбуждают определенные его участки. С согласия больного можно также с помощью таких же электродов исследовать функции и других участков мозга.
Естественно, в отличие от голодных крыс, людей не выпускают в незнакомое замкнутое пространство, где они бы ходили в поисках пищи. Вместо этого ученые предъявляют пациентам изображения виртуальной реальности на компьютерном экране. Полученные результаты подтвердили выводы, сделанные в исследованиях на животных: в аналогичных участках мозга человека находятся нервные клетки, разряжающиеся в зависимости от местоположения, как это происходит и у экспериментальных животных. То есть нейроны места и нейроны решетки существуют также и в нашем мозге. Одно уточнение: то, что отдельные клетки разряжаются в каком-то определенном месте, не означает, что важная для ориентации информация хранится именно в этих клетках. Нейрону для активации требуется поступление информации от тысяч других нейронов, и только поступление такой информации делает возможным разряд определенного нейрона в каком-то данном месте.
Используя такой же способ регистрации активности отдельных нейронов у больных эпилепсией перед операцией на открытом мозге, американские нейрофизиологи начали искать гипотетические нервные клетки, которые в шутку назвали «бабушкиными нейронами». Это соответствовало представлению о том, что когда человек видит собственную бабушку, в его мозге разряжается какой-то единственный нейрон.
Однако на самом деле обнаруженная учеными картина оказалась куда более впечатляющей: в Пасадине, недалеко от Голливуда, ученые под руководством Р. Кироги нашли нейрон… Дженнифер Энистон! То есть нервную клетку головного мозга, которая разряжалась при предъявлении испытуемому изображения Дженнифер Энистон. Пойдет ли и в данном случае речь о Нобелевской премии, пока неясно. Во всяком случае, этот результат не только привлек повышенное внимание научных кругов, но и навлек на себя критику коллег. Если учесть число фильмов, которые смотрит средний американец, и число фильмов, в которых играет Дженнифер Энистон, то мы не станем удивляться тому, что люди чаще видят именно ее, а не собственных бабушек. Естественно, Дженнифер Энистон – это всего лишь наглядный пример. Например, были выявлены нейроны, разряжающиеся при виде Билла Клинтона или Майкла Джексона. С большой долей вероятности можно предположить, что существуют нейроны, разряжающиеся у человека и при виде его собственной бабушки. Трудность, видимо, заключается в том, что в этом случае ученым помимо просьбы о разрешении ввести электроды в мозг придется просить больного о разрешении заглянуть в фотоальбом с частными фотографиями бабушки.
Однако для исследователей важно, конечно, нечто другое, а именно: нет ничего особенного в том, что какая-то одна клетка разряжается, когда испытуемому предъявляют определенную фотографию. Скорее всего, эта клетка является частью энграммы, которая верно кодирует этот образ. Особенность состоит в том, что клетка Дженнифер Энистон разряжается при виде разных фотографий этой актрисы, а не фотографий других похожих блондинок. Даже Джулии Робертс! Однако эта же клетка разряжается при упоминании имени Дженнифер Энистон или при прочтении его в тексте. То же самое происходит при просмотре кадров из сериала «Друзья», благодаря которому стала известна Дженнифер Энистон, даже если актриса отсутствует на предъявленных кадрах. Значит, клетка реагирует на личность определенного человека, а не только на его изображение. Естественно, мы не рождаемся на свет с клеткой Дженнифер Энистон. Во всяком случае, я очень на это надеюсь! Определенный нейрон обучается реагировать разрядом на образ Энистон. Естественно также, что информация об Энистон закодирована и хранится не в одном этом нейроне. Сам нейрон не имеет об актрисе ни малейшего понятия. Все дело в сетевом взаимодействии с другими нейронами, которое происходит таким образом, что при просмотре сериала «Друзья» по дендритам этого нейрона поступает так много сигналов, что вместе они преодолевают порог возбуждения, и нейрон разряжается.
Вот еще один пример. У нас, немцев, наверняка есть нейрон Томаса Готтшалька. У меня, во всяком случае, он точно есть, как у фаната передачи «Спорим, что?..» (Wetten, dass?..) и бывшего кандидата на участие в ней. Другие клетки реагируют на определенные цвета или формы. Через глаза образ поступает в мозг и там декодируется. Некоторые нейроны разряжаются при виде локонов. Другие – при виде светлых волос. Третьи разряжаются на зрелище пестрой одежды. Наверное, есть нейроны, реагирующие на большие носы. Сигналы от таких нейронов передаются на другие нервные клетки, и где-то расположена одна клетка, куда сходятся все эти сигналы, отвечающие за «локоны», «светлые волосы», «мужчину» и «большой нос». Этого вполне достаточно для того, чтобы преодолеть порог возбуждения и разрядить эту клетку, при возбуждении которой нам является образ: «Томас Готтшальк!» Если в этом ансамбле отсутствует аспект «мужчина», то, возможно, стимуляция окажется недостаточной. В противном случае клетка разрядилась бы в ответ на образ Барбары Шёнебергер или вашего любимого кокер-спаниеля.
Критики возражают, что именно так клетка и поступает. В ходе исследования можно предъявить, в конце концов, всего лишь несколько сотен фотографий, на которых запечатлены всего несколько десятков человек, потому что надо предъявить не одну фотографию каждого из них. То, что одна нервная клетка реагирует здесь исключительно на одного человека, отнюдь не означает, что она не отреагировала бы на множество других образов, которые просто не тестировали. В этой области мозга большинство исследованных клеток вовсе не обладают такой исключительностью. Напротив, считают, что при взгляде, например, на Дженнифер Энистон разряжалась не только эта клетка, но и множество других, которые, однако, не являются столь же специфическими. Кроме того, регистрировалась активность лишь небольшого числа нейронов из многих сотен миллионов клеток исследуемой области головного мозга. То обстоятельство, что, несмотря на это, у многих испытуемых на Дженнифер Энистон реагирует одна клетка, указывает, что таких клеток должно быть много. Шанс подвести электрод точно к какой-то одной клетке исчезающе мал. Таким образом, это исследование тоже не доказывает существование «бабушкиной клетки», которая реагировала бы только на одного человека. Однако мы получаем основательное подтверждение того, что для кодирования информации, как об этом догадывались и раньше, требуется меньше нервных клеток, чем думали раньше. Все вместе – хороший пример того, что в результате связей многочисленных нейронов в конце концов кодируется точная концепция или даже образ какого-либо конкретного человека.