Дэвид Иглмен – Живой мозг (страница 42)

Приведу пример инфотропизма на уровне нейронов: сетчатка (расположенная на задней стенке глаза) по-разному воспринимает мир в дневное и ночное время. При ярком полуденном свете ей приходится улавливать огромную массу фотонов, и потому каждый рецептор отвечает за свою крошечную точку в общей картине, обеспечивая ей высокую степень разрешения. Ночью зрительная система работает совсем иначе. Фотонов, которые требуется улавливать, мало, поэтому на первый план выходит задача определить, хотя и с малым пространственным разрешением, что где-то тут располагается некий объект. И потому ночью фоторецепторы меняют детали своих внутренних молекулярных каскадов и объединяют усилия. В таких условиях на распознавание близлежащих объектов тратится больше времени, но рецепторы в совокупности способны проявлять большую световую чувствительность12. Такая сложносочиненная стратегия позволяет сетчатке действовать в разных режимах, когда уровень освещенности возрастает или снижается. При ярком свете зрительная система обеспечивает высокую степень пространственного разрешения; в темноте фоторецепторы объединяют силы, чтобы улучшить шансы улавливать скудные фотоны, и в результате зрение становится гораздо чувствительнее к тусклому свету, зато уменьшается четкость изображения. Система прикладывает титанические усилия, чтобы перевести себя в положение, при котором она способна максимизировать поступающую информацию. В изобилии ли фотоны или их всего ничего, сетчатка оптимизируется, чтобы улавливать данные. Днем она собирает очень детальную информацию, так что и зайца в дали полей заметит, а в сумерки ее чувствительность повышается, чтобы хотя бы в общих чертах ухватить все, что поблизости, например смутные очертания подкрадывающегося под покровом темноты ягуара. Матушка-природа придумала не только сам глаз, но и способ на ходу подстраивать под те или иные условия схему его нейронной сети, чтобы зрение в разных контекстах работало по-разному ради наилучшего применения доступного инструментария. Это чистый инфотропизм.

Подобно тому как растения тянутся к свету, а бактерии — к кусочку сахара, мозг стремится к информации. Он старается непрерывно перенастраиваться, чтобы максимизировать объем данных, извлекаемых из окружающего мира. Ради этого мозг выстраивает внутреннюю модель внешнего мира, которая отражает его ожидания. Если мир ведет себя предсказуемо, мозг экономит энергию. Помните, в главе 1 мы обсуждали футболистов: у любителя во время матча отмечается высокая мозговая активность, тогда как у профессионала — очень малая. Причина в том, что у профессионала предвидения относительно его реальности (футбола) уже вплавлены непосредственно в нейронную сеть мозга, а у любителя подобных предвидений еще не сложилось, он пока только силится составить сколько-нибудь вразумительный прогноз.

Мозг по большому счету есть не что иное, как прогностическая машина, и именно стремление к точным прогнозам служит движущей силой его постоянного изменения. Создавая модель состояния мира, мозг настраивается, чтобы формировать верные ожидания и тем самым максимально обострять чувствительность ко всему неожиданному.

И вот теперь, с учетом уже полученных знаний о мозге, мы готовы изучить следующий вопрос: как все эти процессы протекают на уровне мозговых клеток?

Глава 8

БАЛАНСИРУЯ НА ГРАНИ ПЕРЕМЕН

Представьте, что вы космический пришелец и вас угораздило явиться на планету Земля в октябре 1962 года — в самый разгар Карибского кризиса. Вам как непосвященному простительно считать, что ничего существенного в этом незнакомом мире не происходит. Ваши выпученные инопланетные глаза-окуляры не замечают, чтобы Соединенные Штаты Америки предпринимали что-то особенное, как ничего подобного не предпринимают ни Советский Союз, ни Куба. Деликатно прикрывая зеленой лапкой скучливый зевок, вы, надо думать, делаете вывод, что политическая система на этой планете лишена драйва и апатична, а может, и вовсе закостенела.

Вам, верно, и в голову не придет, что единственная причина всеобщего бездействия в том и состоит, что противоборствующие силы достигли абсолютного взаимного равновесия. Напряжение зашкаливает, стороны уже взаимно нацелили свои ядерные ракеты и привели вооруженные силы в полную боевую готовность.

Хотя аналогию не так-то просто разглядеть, но мозг пребывает в таком же положении. Очень может быть, что его карты неизменны потому, что противовесы абсолютно сбалансированы. Мозг только создает иллюзию безмятежности, однако принципы конкуренции удерживают его на тонкой, как волосок, грани перемен. Не будем обольщаться его внешним спокойствием: нейронные сети мозга только с виду безмятежны, и лишь потому, что все его области замерли в вечном противоборстве холодной войны, напряжены и готовы жестко соперничать за будущий передел границ внутреннего «глобуса».

Два государства — Республика Гаити и Доминиканская Республика — делят между собой территорию острова Гаити в Карибском море. Задумаемся, что случилось бы, если бы на Доминикану обрушился сокрушительный удар цунами и вмиг превратил всю ее территорию в непригодную для жизни. Вариант номер один: Доминиканская Республика исчезла бы с карты мира, а Республика Гаити продолжила бы обычную жизнь. Но есть и второй вариант: гаитяне всей страной ужимаются, отодвигаются на сколько-то сотен километров западнее, а освободившуюся часть своей территории великодушно отдают под поселение доминиканцам (рис. 8.1). В этом случае благодаря соседской щедрости оба государства будут гармонично уживаться в тесноте, но не в обиде.

Рис. 8.1. Если подобный катаклизм произойдет в реальности, гаитянам придется сильно потесниться

_{Печатается с разрешения автора}

Вернемся к мозгу: что будет, если болезнь, хирургическая операция или черепно-мозговая травма приведет к сокращению доступной мозговой территории? Как и в случае со странами-соседями, здесь также возможны два варианта: мозг устранит часть своей карты, отображавшей утраченную мозговую ткань, или ужмет исходную карту, выделив всем областям участки поменьше.

Чтобы разобраться, по какому варианту пойдут события, обратимся к истории маленькой девочки по имени… ну, скажем, Алиса. В три с половиной года у нее начались легкие приступы, и родители отвезли дочку в больницу, где ей провели сканирование мозга. К великому удивлению врачей, а также всего медицинского сообщества, выяснилось, что девочка появилась на свет только с одним полушарием мозга — левым. Это редкая аномалия, при которой правая половина мозга отсутствует1.

Но вот сюрприз: детство у Алисы было самое обычное и вполне нормальное. Как ни поразительно, странная прихоть развития не повредила таких способностей, как координация глаз и движения рук. Приступы у нее случались, но их удавалось купировать при помощи лекарств. И вскоре единственным, в чем выражалось отсутствие правого полушария, остались нарушения мелкой моторики левой руки.

Врожденная аномалия Алисы дает нам шанс ответить на фундаментальный вопрос: что случается с нейронными связями, в норме представленными в обоих полушариях, когда в наличии остается только одно?

Но для начала проследим, как информация в обычном случае поступает в мозг от левого глаза индивида. Нервные волокна левой половины сетчатки передают данные в заднюю часть левого участка зрительной коры. С этим у Алисы все в порядке, поскольку левое полушарие у нее в наличии. А информация от правой половины сетчатки в норме пересекает срединную линию и поступает в заднюю часть правого полушария. Но у Алисы его нет — куда тогда идут нервные волокна (рис. 8.2)?

Рис. 8.2. В норме левая часть мира представлена в правой половине мозга. Но если у Алисы правое полушарие отсутствует, то куда идут соответствующие нервные волокна?

_{Печатается с разрешения автора}

И вот вам восхитительный пример живой нейронной сети, о котором в предшествующие десятилетия мы и не подозревали: нервные волокна, передающие сигналы от обоих зрительных полей, подключились к левому полушарию. И у Алисы зрительное поле целиком представлено на единственной доступной кортикальной территории (рис. 8.3). Точно так же гаитяне поделились своими владениями с пострадавшими от цунами доминиканцами.

Рис. 8.3. Зрительная кора располагается в задней части мозга. Слева: нормальный мозг. На сером фоне представлено правое поле зрения (правая сторона видимого мира), а черным фоном помечено расположение левого поля зрения. Справа: зрительная система Алисы перемонтировала свою нейронную сеть, чтобы и левое, и правое поля были представлены в единственном наличествующем полушарии

_{Печатается с разрешения автора}

Тот факт, что у Алисы хорошее зрение и в норме координация в системе «глаз — рука», свидетельствует еще об одном удивительном явлении: даже притом что на первых этапах развития зрительная система работала не по штатной схеме, окружающие ее области без труда сообразили, как пользоваться необычной картой мозга. Иными словами, чтобы остальной мозг функционировал нормально, зрительной коре Алисы не требовалось выстраиваться согласно нормальному генетическому плану. В согласии со всем тем, что мы наблюдаем на протяжении этой книги, генетика Алисы не создала хрупкую систему, которая выйдет из строя при малейшем отклонении от заданного направления. Напротив, она распаковала живую сеть, которая в любом случае сама придумает, как обеспечить девочке зрение.