Ребекка Шварцлоуз – Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни (страница 7)

Электронные устройства показывают, как это работает. Конструкторы размещают как можно ближе друг к другу те элементы устройства, которые должны работать сообща и обмениваться информацией. Это позволяет экономить пространство за счет сокращения длины (и, следовательно, объема) проводов, соединяющих эти элементы. Такой же принцип реализуется в мозге. Если два нейрона совместно выполняют какую-то работу, они должны быть связаны между собой. И поэтому, если такие нейроны располагаются в мозге рядом друг с другом, это экономит энергию и позволяет использовать короткие провода.

Каждый нейрон в мозге должен переговариваться с другими нейронами. Но с какими? Вспомните о фрагментарной природе наших тактильных ощущений, которые начинаются как мозаика тактильных сигналов, воспринимаемых отдельными чувствительными рецепторами в коже. Я сравнила тактильный рецептор, спрятанный в коже вашего правого колена, с необщительным землевладельцем, интересующимся исключительно своим небольшим участком на поверхности земли (колена). Эта территория составляет его рецептивное поле. Если что-то касается кожи на этом участке, рецептор подает сигнал тревоги, создавая быстрый залп импульсов возбуждения. “На моей территории что-то происходит!” Эти сигналы отправляются в мозг к нейронам, у которых тоже есть рецептивные поля. В мозге есть нейроны, активность которых отражает давление на правое колено, хотя никакого реального колена в мозге нет. И с кем нейрон правого колена должен общаться в первую очередь? С другими нейронами, отражающими прикосновение к правому колену. А с кем еще? С нейронами, которые отражают прикосновение к верхней части правой голени или нижней части правого бедра. В целом нейроны в первую очередь должны сообщаться с теми клетками, которые отображают состояние тех же самых или соседних участков тела.

Есть причина, почему нейроны должны в большей степени общаться со своими партнерами-единомышленниками, и у этой причины есть название: локальная обработка. Локальная обработка, по сути, заключается в сравнении ситуации в одной точке пространства с ситуацией в другой точке. Это могут быть точки в пространстве нашего тела в случае прикосновения или в нашем поле зрения в случае зрения. Важно, что локальная обработка связана с поисками ответа на следующие вопросы: происходит ли здесь что-то, что не происходит там? там, но не тут? где-то еще? или нигде? Такие специфические сравнения кажутся банальными, но они чрезвычайно важны. Они дают информацию о том, где именно что-то происходит, например, болезненное ощущение в области колена. Эти сравнения также обеспечивают важный контекст для обработки других сенсорных сигналов. В частности, поступление информации о боли в одном участке колена может помочь другим нейронам, отображающим состояние других участков кожи, также обнаружить боль. Этот тип коммуникации играет наиболее важную роль для нейронов, имеющих соседние рецептивные поля. На уровне нейронов, как и в нашей каждодневной жизни, те события, которые происходят по соседству, с большей вероятностью связаны с нашей текущей ситуацией. Если горит соседний дом, хорошо бы нам об этом знать. А если горит дом в другой точке планеты? Это не так важно. Часто сравнение нашей ситуации с ситуацией у соседей также доставляет важную информацию о том, какова наша собственная ситуация. Например, представьте себе, что в вашем доме или квартире отключилось электричество. Если это случилось только у вас, вам нужно вызвать электрика для наладки или проверить, оплатили ли вы последние счета. Но если у соседей тоже нет электричества, возможно, источник проблемы находится на расстоянии нескольких километров, и вам ничего другого не остается, как ждать городскую службу или представителей энергетической компании. И такая же ситуация с нейроном, отображающим прикосновение к правому колену. На колено действует давление, если на вас слишком узкие брюки или вы заснули на животе. Но в обоих случаях давление оказывается на многие части тела. Нет необходимости осознавать ощущение именно в колене. Однако сравните это ощущение с прикосновением к вашему колену чьей-то руки или с ударом о него мяча. Это давление действует только на колено и означает, что происходит нечто особенное, связанное только с коленом. Бросьте все и обратите внимание на колено! Если маленький коленный нейрон собирается помочь нам распознать разницу между этими событиями, он должен сообщаться с нейронами, отображающими давление на кожу выше коленной чашечки, под ней и с обеих сторон от нее.

А теперь представьте себе два нейрона, которые передают тактильную информацию в головной мозг: один имеет рецептивное поле в правом колене, а другой – в верхней части правой голени. Каждый из них должен знать, что происходит на соседней территории. Им необходимо обмениваться информацией и сравнивать ее, а это означает, что они должны быть связаны между собой. Если в мозге нейрон коленной чашечки расположен рядом с нейроном голени, они смогут болтать о своих сердечных делах по коротким проводам. Конечно же, коленные чашечки и голени – лишь две зоны на общем ландшафте кожи. Коленный нейрон должен также переговариваться с нейронами нижней части бедра, а нейрон голени – с нейронами икры и щиколотки. Чтобы провода были короткими, этим нейронам тоже нужно располагаться по соседству друг с другом. Этот же принцип распространяется на плечи, шею и лицо в одном направлении и на пальцы ног в другом. Соседние нейроны в головном мозге отображают соседние точки на ландшафте кожи. И каков результат? В наш мозг встроена изумительная, настоящая карта поверхности нашего тела.

В мозге много таких карт тела. Одна из самых известных называется первичной соматосенсорной корой, S1. Подобно тому, как V1 является первым участком поверхности мозга (коры мозга), получающим информацию от световых рецепторов глаз, участок коры S1 первым получает информацию от тактильных рецепторов. Он расположен в самой верхней части мозга. И его схема соответствует схеме поверхности нашей кожи, включая язык и губы, нос, два глаза, десять пальцев рук, десять пальцев ног, один живот и две коленные чашечки. Эта карта мозга позволяет использовать максимально возможное количество нейронов для обнаружения прикосновения при небольшом количестве соединительных проводов, иметь небольшой размер головы и скромный аппетит.

Это элегантное решение также объясняет строение зрительной карты, обнаруженной Иноуэ в мозге раненых солдат. Клетки мозга, отображающие свет, который попадает в соседние точки сетчатки, тоже должны располагаться по соседству друг с другом, что дает им возможность обмениваться информацией при минимальной длине соединительных проводов. Этот обмен информацией позволяет мозгу быстро и точно отслеживать важные контуры видимого пространства, в том числе границы линий или поверхностей. Эти контуры сообщают важную информацию, показывая, где начинаются и заканчиваются окружающие нас предметы и, по сути, что они собой представляют.

Этот принцип “разговора по-соседски” также объясняет существование карт для других способностей, таких как слух и движение, причем он реализуется у всех представителей царства животных. Карты позволили эволюции увеличить мощность мозга с помощью дополнительных нейронов и при этом контролировать общий размер мозга и его энергетические потребности. Карты мозга полезны и для существ с меньшим количеством нейронов, поскольку позволяют им сохранять мозг минимально возможного объема и с минимальными энергетическими запросами. Благодаря картам эти животные извлекают максимальную пользу из имеющихся нейронов, остаются шустрыми и не страдают от голода. Короче говоря, природа нашла схему, одинаково удачную для сложного и простого, крупного и маленького мозга. Карты мозга позволяют преодолевать главное препятствие на пути к выживанию. В нашем мире с ограниченным запасом ресурсов и жесткой конкуренцией эти карты позволяют выжить пустынным муравьям, китам-убийцам и нам с вами.

Есть много причин быть благодарными нашим картам мозга. Альтернатива – голод, неподвижность и вымирание – не очень привлекательна. Можно благодарить карты за быстроту и четкость наших ощущений, не говоря уже о том, что в нашей голове есть место для пяти чувств, а не для одного или двух. Но карты дают и другие преимущества. Они идеально устроены для обнаружения и исправления неизбежных ошибок и упущений в информации, которую мозг получает от глаз, ушей и кожи.

Прекрасный пример того, как карты мозга корректируют восприятие, представил нам священник и ученый-самоучка XVII века Эдм Мариотт. Он был аббатом в небольшом городке Сен-Мартен-де-Бомон-сюр-Ванжанн неподалеку от Дижона во Франции[13]. И интересовался столь разными науками, как физиология растений и физика, астрономия и анатомия. Он организовал одно из первых в истории международное научное сообщество и был отмечен Ньютоном в знаменитом трактате “Математические начала натуральной философии”. Но самым важным вкладом Мариотта в науку было открытие, заключавшееся в том, что все мы слегка подслеповаты.

Мариотт многократно участвовал в анатомировании, изучая тела сельскохозяйственных животных, иногда экзотических животных и даже людей. Особенно его интересовала анатомия глаз. В задней части глазных яблок (как животных, так и человека) он обнаружил вдавленный внутрь овальный участок, отличающийся от остальной поверхности сетчатки. Он не первым обнаружил этот овал, который, как было известно, является местом выхода зрительного нерва, передающего информацию от глаза в головной мозг. Овал называли диском глаза, но его функция в зрении оставалась неизвестной. Большинство ученых того времени считало, что диск глаза является участком наиболее четкого зрения. Однако при анатомировании Мариотт обнаружил, что этот диск никогда не располагается в центре глазного дна (которое соответствует наиболее острому центральному зрению). У человека он располагается чуть выше и ближе к носу. Мариотта заинтересовало это несоответствие. И поэтому при помощи лишь нескольких бумажных контуров он принялся изучать природу зрения в области диска глаза.