Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис

нейронов, как будто не обращали внимания на сообщения, которые им оправляли чувствительные клетки вибриссы, чтобы рассказать о том, как весело они проводят время, ощупывая наждачную бумагу разной шероховатости. Но объедините сигналы активности всего лишь трех таких групп темных нейронов, и разница между грубой и гладкой наждачкой станет легко заметна. Таким образом расшифровка популяционного кода может показать нам, что активность популяции нейронов несет определенное сообщение, которое оказывается невидимым, когда мы смотрим на активность представителей этой популяции по отдельности.

Теперь, когда мы находимся в префронтальной коре, что мы сможем узнать, вооружившись нашим популяционным декодером и рассматривая через него структуру импульсов, посылаемых нашим нейроном и его соседями? Мы узнаем, что даже в простых задачах мы можем декодировать много сложных вещей. И мы можем декодировать сообщения, поступающие из разных регионов мозга.

Используя декодер в префронтальной коре головного мозга обезьян, смотрящих на экраны, мы многое можем расшифровать по записи регистрации активности легиона нейронов. Посадим обезьяну смотреть на бесконечные последовательности пар изображений, и по рисунку активности в разных точках записи мы сможем точно предсказать, какая из четырех картинок была представлена первой; какая из четырех была показана второй; мы даже можем догадаться, что обезьяна должна была сделать с этой последовательностью – сохранить ее в памяти, сравнить с запомненной ранее или перевести взгляд с одной на другую [187]. Попросите обезьяну смотреть на сетку светодиодов четыре на четыре, следя глазами за тем, какой из них загорается; о чудо, мы смогли бы определить, какой из шестнадцати светодиодов горит, из расшифровки записи легиона нейронов префронтальной коры [188].

Мы даже можем одновременно расшифровывать разные характеристики окружающего мира из одного и того же легиона импульсов. Отправим крысу бежать по лабиринту Y-образной формы, чтобы ей пришлось сделать выбор, свернуть в левый или правый коридор, и, исходя из паттернов импульсов в префронтальной коре этой крысы, мы могли бы расшифровать (и мы с Сильвией Магги в моей лаборатории действительно расшифровали), какой выбор собиралась сделать крыса; при этом мы могли бы отдельно установить, в конце какого из коридоров лабиринта горел свет [189]. Причем эта небольшая группа нейронов знала как о событиях во внешнем мире, происходящих прямо сейчас – о свете в дальнем конце коридора, который видят глаза крысы, – так и о явлениях сугубо внутренних – о выборе направления движения, который должен был вот-вот произойти. Довольно интересная смесь сообщений.

Находясь в конце шоссе «Как», мы можем точно так же декодировать множество характеристик внешнего мира по сигналам легиона нейронов, окружающих нас. Дэвид Рапосо и Мэтью Кауфман в лаборатории Энн Чёрчленд обучили своих крыс сложной задаче по подсчету щелчков или вспышек света (или и того и другого) и затем использованию результатов подсчета, чтобы определить, будет ли награда – порция корма – в левом или правом лоточке: в левом – для маленького количества сигналов, в правом – для большого [190]. По активности легиона нейронов в задней части теменной коры они могли определить, воспроизводили ли крысе щелчки или мигали светом, и отдельно могли предсказать предстоящий выбор направления: влево или вправо. И в работе лаборатории Чёрчленд, и в нашей собственной наборы импульсов от легиона нейронов несли несколько сообщений одновременно, в зависимости от того, как мы их расшифровывали.

(Прежде чем нас унесет ввысь наше очевидно глубокое понимание работы мозга, несколько слов о ложных выводах. Означает ли, что, поскольку по активности нейронов мы можем декодировать информацию о предмете X или событии Y, мозг действительно имеет доступ к этой информации? [191] Скажем, мы можем по активности сотни нейронов установить, горит свет или нет. Означает ли это, что мозг «знает», что свет горит или не горит? Необязательно. Это определенно означает, что есть какая-то разница между этими состояниями мира, и мы можем расшифровать по активности мозга, что они разные. Но в мире всегда может быть еще какая-то разница в то же самое время, которое нас интересует, что-то, чего мы не замечаем – например, что выключатель света находится в другом положении, когда свет включен – и вот об этом на самом деле знает мозг. Но мы можем проверить, действительно ли мозг знает именно то, что мы декодируем, показав, что тот результат декодирования, который мы получаем, вызывает определенные последствия; что он связан с соответствующим поведением или предсказывает другую нейронную активность.)

Итак, к нашему самому одинокому нейрону действительно сходятся сообщения от всей коры головного мозга. Наблюдая активность легиона нейронов префронтальной и теменной коры на концах шоссе «Как» и шоссе «Что», мы можем расшифровать многие события из внешнего мира, причем определить одновременно сразу несколько его особенностей. И эти сходящиеся в одном месте сообщения имеют решающее значение для двух аспектов, жизненно важных для решения вашей головоломки с печеньем. Поскольку импульсы от самых одиноких нейронов означают не только то, что происходит сейчас, – они также отправляют сообщения о прошлом и будущем. Давайте поговорим о том, как держать мир в памяти и как принимать решения.

Удержи эту мысль

Собирать горы информации об окружающем мире – о печенье, коробке, столе, людях, их передвижениях – абсолютно бессмысленно, если вы не можете удерживать это в памяти. Без какой-либо формы краткосрочного буфера для накопления уже собранной информации, некоего моментального снимка всех вещей в окружающем мире, которые вы уже заметили, вам в каждый момент приходилось бы все пересматривать, или переслушивать, или перечитывать, чтобы знать, что происходит. Знать, к примеру, что Адама нет за его столом, который стоит позади вашего, потому что он выскочил минуту назад, буркнув, что ему надо «подышать свежим воздухом», подозрительно сунув при этом в карман небольшую прямоугольную коробочку, так что он не сможет вам помешать решить головоломку с печеньем. Или, к примеру, не удивляться тому, что вы сидите в кресле за своим рабочим столом в офисе.

Чтобы иметь в своем мозгу такой буфер, вам понадобятся две вещи. Во-первых, нужно собрать все сообщения о том, что происходит в данный момент в окружающем мире, в одном месте. Изображения вещей, звуки, места, люди, лица – все послания сходятся вместе, чтобы создать моментальный снимок мира. Во-вторых, надо, чтобы нейроны, получающие эти сообщения, поместили их в буфер. То есть чтобы они не просто отправили один или два импульса и успокоились, но чтобы продолжали посылать поток импульсов до тех пор, пока вам необходимо держать этот снимок в памяти. И префронтальная кора – идеальное место для этого буфера.

Мы давно знаем, что некоторые области префронтальной коры должны действовать как буфер памяти. Повреждение фрагментов префронтальной коры ведет к