Машина мышления. Заставь себя думать - Андрей Владимирович Курпатов

Глия также участвует в формировании долгосрочной памяти. Клетки микроглии, например, выполняют в мозге иммунную функцию. А ещё есть эпендимальные клетки глии, олигодендроциты, астроциты и т. д. Но на них мы останавливаться не будем.

У нас есть специализированные сенсорные нейроны, которые обеспечивают мозгу получение информации из внешней среды. Есть моторные нейроны, которые отдают команды мышцам, включая не только скелетную мускулатуру, но и гладкие мышцы внутренних органов.

Интернейронами называют нейроны, которые взаимодействуют только с другими нейронами, но не с сенсорными рецепторами и не с мышечными волокнами.

Другой важный признак нейрона — его возбуждающая или ингибирующая функция. Возбуждающие нейроны подталкивают другой нейрон к возникновению потенциала действия. Ингибирующий нейрон, напротив, тормозит возбуждение соседа.

Сюда же примыкают так называемые модулирующие нейроны, которые не оказывают возбуждающего или тормозного воздействия на другой нейрон. У них вообще нет передающего сигнала, они лишь модулируют реакцию другой клетки на основной нейромедиатор.

По самим нейромедиаторам нейроны тоже отличаются. Есть серотонинергические нейроны, < дофаминергические, ГАМКергические, глутаматергические, холинергические…

На этом, пожалуй, можно было бы остановиться, хотя это, прямо скажем, не конец.

Нейробиологи и анатомы выделяют множество подтипов нейронов — по месту их локализации, по специфической функции, по гистологическим особенностям, которые, конечно, тоже не случайны и говорят о специализации нейронов (например, рис. 10).

Рис. 10. Различные формы мулътиполярных нейронов коры головного мозга.

Уверен, что о многих таких «специальных» нейронах вы уже где-то слышали:

зеркальные нейроны — клетки моторной коры, которые возбуждаются и при выполнении какого-то действия, и при наблюдении за тем, как аналогичное действие выполняет другое животное,

пирамидальные нейроны, которые и в самом деле похожи на пирамидки, из них самые большие — клетки Беца — находятся в V слое коры, откуда идут длинным аксоном прямо к спинному мозгу,

веретенообразные нейроны — крупные клетки, находящиеся в строго определённых зонах мозга и способствующие, судя по всему, быстрой передаче сигнала по мозгу больших размеров — поэтому обнаруживаются у человека и гоминид, а также у горбатых китов, кашалотов, дельфинов, белух и слонов,

зернистые, или гранулярные, нейроны — наоборот, клетки очень маленьких размеров (есть мозжечковые, а есть, например, в VI слое коры, где они отвечают за связь с таламусом),

клетки Пуркинье, которые находятся в мозжечке и в отличие от других нейронов созревают достаточно долго, из-за чего маленькие дети выглядят зачастую такими неуклюжими,

клетки ретикулярной формации, характеризующиеся спонтанной электрической активностью, выполняющие функцию внутренней динамо-машины нашего мозга.

Список можно и продолжить, но для того, чтобы увидеть схожесть между специализацией клеток в мозге и муравьёв в муравейнике, этого вполне достаточно: нейроны разных групп так же выполняют в мозге разные функции, как и муравьи разных муравьиных каст в своём огромном семействе.

Это важно понимать, потому что, когда мы говорим о машине мышления, нам придётся упрощать логику работы мозга до ограниченного числа принципов.

В конце концов, каждый нейрон — это просто нейрон, как и каждый муравей в муравейнике — просто муравей, мало чем, по сути, отличающийся от других.

Но не надо забывать, что в действительности мозг как биологический объект намного-намного сложнее, чем просто 87 миллиардов сцепленных друг с другом нервных клеток.

Может быть, самое в этом сопоставлении муравейника с мозгом трогательное и даже забавное — химическая связь, которая используется в коммуникации как между нейронами, так и между муравьями.

В случае человеческого мозга химическими веществами, обеспечивающими контакт между клетками, являются нейромедиаторы: ГАМК, глутамат, глицин, норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин и десятки других.

У каждого из них свои функции и свои, так скажем, психологические эффекты.

Муравьи общаются между собой с помощью специфических феромонов: какие-то служат для сородичей сигналом тревоги, другие заставляют их чистить муравейник или побуждают к каким-то ещё действиям, причём самым разным — где-то собраться, подключиться к ухаживанию за королевой и её потомством и т. д.

Наблюдая за слаженными коллективными действиями муравьёв, и правда трудно отделаться от мысли, что они умеют друг с другом разговаривать.

Это и в самом деле происходит, причём есть в этом какое-то удивительное сродство с «общением» наших нейронов друг с другом (рис. 11).

Рис. 11. Химическая передача в синапсе и при взаимодействии между муравьями.

Рассмотрим хотя бы один пример. Обнаружив что-то съедобное, муравей-разведчик устремляется к дому, оставляя за собой химический след из выделений специальных желёз.

Теперь ему не надо показывать собратьям дорогу к пище, они найдут её сами — по запаху с помощью своих антенн-усиков.

Впрочем, выделяемое сигнальное вещество достаточно быстро улетучивается, чтобы следы не путались друг с другом, что важно.

И вот первое математическое обстоятельство: количество выделяемого муравьём экстракта железы напрямую коррелирует с размером добычи (если она большая, то выделений больше, если нет — меньше).

Таким образом, количество муравьёв, привлечённых соответствующим запахом, тоже разнится: к большой добыче отправится большая команда, а к маленькой — только единицы.

Прибавьте сюда ещё и привлечённых запахом муравьёв: они будут оставлять химические следы, которые дадут знать другим муравьям — кончилось лакомство или ещё можно успеть поучаствовать в охоте.

Однако в коммуникации важна не только химия, но и частота взаимодействия между муравьями. Согласитесь, трудно понять, как эти бестолковые, в сущности, существа умудряются не растеряться в лесу… Учитывая соотношение масштабов, мы бы с вами мгновенно заблудились!

Тут уже начинается и вовсе высшая математика…

Чем ближе к муравейнику, тем, понятное дело, чаще муравьи одного семейства наталкиваются друг на друга. С другой стороны, чем дальше муравей удаляется от муравейника, тем — чисто математически — количество его контактов с соплеменниками уменьшается.

Соответственно, учитывая эту математическую вероятность, конкретный муравей всегда знает, насколько далеко он от своей основной группы, от муравейника.

Как только он замечает, что его случайных контактов с соплеменниками стало непозволительно мало, он может успеть вернуться к группе по своему же собственному химическому следу.

Конечно, нейроны в нашем мозге взаимодействуют чуть иначе, но принципы очень похожи:

• количество нейромедиаторов является для нейрона критерием активности, которую он произведёт, и кроме того, выделение большого количества соответствующих нейромедиаторов способствует вовлечению в решение данной задачи ещё большего количества нейронов;

• синхронный ритм разрядов групп нейронов, создающий специфические ЭЭГ-волны (альфа, бета, тета, дельта, гамма), является эффективным инструментом коллективной работы нейронов, по сути — они таким образом подзаводят друг друга и настраиваются на одну, так сказать, волну.

Но всё-таки самое главное в «муравьиной метафоре» мозга — это пример удивительной биологической самоорганизации системы, не имеющей единого центра управления. Системы, кажущейся разумной, но без демиурга, которому бы этот разум принадлежал. Просто умная система…