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

Перемещение руки требует времени. Это означает, что импульсы для управления движениями руки и кисти должны быть расположены на шкале времени определенным образом, сокращая нужные мышцы в правильной последовательности. И, один раз инициировав этот процесс, как только движение началось, они должны продолжать его без перерыва, с правильными интервалами и в правильной последовательности, не требуя внешней поддержки. Вы ведь сталкивались с тем, что тянетесь за лежащей на столе ручкой и на полпути внезапно обнаруживаете, что ваша рука безвольно свисает вдоль туловища? Конечно нет, потому что такого с вами никогда не было. Как только импульсы заставили вашу руку двигаться, они продолжают двигать ее до тех пор, пока весь цикл движения не будет выполнен во что бы то ни стало. Для создания таких самоподдерживающихся импульсов требуется сеть из множества нейронов, соединенных вместе, – мы вернемся к этой важной идее позже, в этой и следующих главах. Но, прежде чем легион нейронов сможет начать отправлять команды – самоподдерживающиеся импульсы в правильной последовательности во времени, – им нужно подготовиться к отправке этой последовательности. И вот чем, кажется, являются эти загадочные импульсы, отправляемые до начала собственно движения: это сигналы из премоторной коры, устанавливающие собственные нейроны и нейроны моторной коры в определенную отправную точку, инициирующие их, чтобы затем сгенерировать правильную последовательность импульсов – то есть правильный набор команд мышцам [216].

Погодите. Если мы искусственно стимулируем нейроны, управляющие рукой в моторной или премоторной коре головного мозга, это вызывает движение руки. Тем не менее, когда мы наблюдаем за подготовкой к движению, в этих моторных частях коры множество нейронов «руки» отправляют множество импульсов, однако рука не сдвигается ни на дюйм. Если бы эти импульсы имели значение «движение руки», мы бы постоянно размахивали руками, как ребенок, отгоняющий осу от тающего мороженого. И вот еще одна из сотен больших загадок нейробиологии: как мышцы узнают, когда им ничего не надо делать. Почему мы не машем руками постоянно?

Ответ кроется в недавно открытом «нулевом измерении». Это выглядит как научная фантастика, так же, как и звучит. Если прямо сейчас мы проследим за импульсом, отправленным из премоторной коры к спинному мозгу, мы попадем в иное измерение, где он не будет оказывать никакого воздействия на наш трехмерный мир. Ибо это измерение представляет собой такое хитроумное распределение импульсов через нейроны в моторных зонах коры головного мозга, в котором сигналы, отправляющие команды о движении руки (или ноги, или кисти, или шеи), поддерживаются в равновесии; увеличение активности одних нейронов вызывает соответствующее уменьшение активности других, поэтому общее количество импульсов остается примерно одинаковым. А поскольку общая сумма остается прежней, не меняется, двигательные нейроны спинного мозга не изменяют своих сигналов. А поскольку двигательные нейроны не изменяют своей активности, в свою очередь мышцы, к которым идут их аксоны, не изменяют степень своего сокращения. Много активности, множество импульсов, никаких видимых движений. «Нулевое измерение» – это пространство всех возможных способов, которыми нейроны в моторных частях коры, контролирующих какую-либо часть тела, могут поддерживать в сумме генерацию одного и того же общего количества импульсов [217]. Тем не менее в это время каждый из этих нейронов устанавливается в правильную начальную отправную точку для выдачи серии команд на последовательность движений [218].

Отлично, думаете вы, теперь-то мы готовы. Пройдем за импульсом, направляющимся в моторную кору, переместим руку, возьмем это печенье, и все, дело сделано. Ах, если бы это было так просто. Пока что нам придется вступить в неблагородную битву за контроль над своим телом.

Что мне теперь делать?

Перед вашим мозгом сейчас стоит гораздо более сложная задача, чем просто двинуть рукой: откуда вы знаете, что двигать рукой в данный момент безопасно? Может быть, что-то еще, гораздо более важное, должно произойти – или уже происходит – вместо этого прямо сейчас. Может быть, вы неуклюже убегаете от разъяренной белки, роняя тапочки, или вам жизненно необходимо взять верхнюю ноту в «Let It Go» [219] на прослушивании в The X Factor [220], куда вы записались после шестого бокала пива. Последнее, что вам сейчас нужно, чтобы усугубить ваше достойное глубокого сожаления положение, – беспорядочно вскинуть руки вверх.

По этой причине наш импульс направляется вниз, к базальным ганглиям, угрюмому выступу нейронов под лобной корой, чтобы спросить: можно ли мне сейчас пошевелить рукой? Наша работа и работы многих других исследователей показывают, что базальные ганглии выполняют в мозгу роль строгих родителей [221]. Многочисленные импульсы, исходящие из базальных ганглиев, постоянно мешают вам делать то, что вы хотите. Они подавляют все что могут. Нет, ты не можешь этого сделать. Нет, не сейчас. Нет, не «почему». Нет, потому что я так сказал. Нет, нет, нет. Чтобы получить разрешение переместить вашу руку, наш импульс должен пройти по извилистым путям базальных ганглиев, чтобы достичь их выхода и на мгновение перекрыть кран для бесконечного потока запрещающих импульсов.

Сначала мы высаживаемся в полосатом теле, или стриатуме, – это ворота базальных ганглиев. Путь, который мы выберем, является одним из бесчисленного множества возможных: сначала прыжок между пирамидальными нейронами третьего и пятого слоев премоторной коры; затем, вместо того чтобы пробежать по длинной ветви аксона через белое вещество к моторной коре, мы вместе с клонированным импульсом отправляемся по отростку вниз к полосатому телу. Среди других возможных маршрутов было посещение расположенного по соседству с нами в пятом слое другого типа пирамидального нейрона, который посылает свой аксон непосредственно в спинной мозг; он тоже отправил один из клонов нашего импульса в полосатое тело. На самом деле все нейроны пятого слоя, связанные своими аксонами с другими областями коры, по-видимому, имеют также ответвление вниз к полосатому телу. И все нейроны пятого слоя, аксоны которых идут непосредственно в продолговатый или спинной мозг, отправляют в полосатое тело клон каждого своего импульса. Это означает, что, когда мы прибываем туда с импульсом от премоторной коры, к нам присоединяются миллионы других, несущих сообщения ото всех функциональных зон коры головного мозга: префронтальной и теменной коры, буферной памяти, накопленных свидетельств, от всех зон моторной коры, от всех типов сенсорной коры, от нейронов, различающих прикосновения, звуки и из множества промежуточных пунктов вдоль шоссе «Что» и шоссе «Как». Все они отправляют информацию о том, что происходит в мире и что с этим можно сделать. Стриатум знает все [222].

И у нас есть неопровержимые доказательства того, что полосатое тело использует эти знания для голосования за различные варианты действий. Стимулируйте с помощью электричества небольшую группу нейронов в полосатом теле, и вы заставите часть тела двигаться