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

Те же типы сетей, вероятно, обеспечивают принятие решений. Накопленные импульсы в теменной и префронтальной коре могут циркулировать секундами. А такая продолжительность подразумевает поддержку генерации импульсов со стороны самих нейронов. Таким образом, последние теории о том, как нейроны посылают импульсы во время длительных процессов принятия решений, предполагают, что они тоже являются частью подобной сети взаимодействующих друг с другом клеток [279]. При этом одна группа теорий утверждает, что эта обратная связь существует между нейронами в локальных цепях коры головного мозга [280], а другая видит эту обратную связь как большую петлю, выходящую из коры, возвращающуюся в кору и проходящую через базальные ганглии и таламус [281].

Поэтому мы считаем, что в коре головного мозга повсюду есть сети обратной связи, сети нейронов, которые создают собственную динамику. В моторной, префронтальной и теменной коре мы видим импульсные активности, существующие длительное время, которые являются сигнатурами самоподдерживающихся сетей. В других местах коры, даже когда мы явно не ищем такого рода самоподдерживающейся активности, мы можем увидеть строение этих сетей с обратной связью. Подобные схемы связи между нейронами коры примерно одинаковы везде, даже в самых первых областях зрительной коры. Между пирамидальными нейронами имеется множество петель обратной связи в ближайших их окрестностях. Таким образом, даже если мы не можем однозначно утверждать, что наблюдаем самоподдерживающиеся импульсы в этих частях коры, кажется вероятным, что эти области способны их производить.

На мой взгляд, из этого вытекает интересная идея. В вашей моторной коре мы видели множество нейронов, которые явно не были настроены на управление движением вашей руки. Для исследователей, обнаруживающих отсутствие настройки, это не становится неожиданностью, потому что теория о том, что моторная кора содержит самоподдерживающуюся сеть, предсказывает это: должны быть нейроны без настройки, потому что эти нейроны являются частью петель обратной связи, не получающих напрямую входящих сигналов и не отправляющих выходных непосредственно в спинной мозг. Но, путешествуя по вашему мозгу, мы дали имя нейронам, у которых не было очевидной реакции на внешний мир: темные нейроны второго типа. Мы видели их повсюду.

Идея проста: эти темные нейроны второго типа на самом деле говорят нам, что во всех областях коры головного мозга доминирующей активностью является самоподдерживающаяся динамика. И темные нейроны второго типа на самом деле и есть эти «активные, но не настроенные» нейроны; все они находятся здесь, чтобы генерировать спонтанную активность [282]. В V1, V2, V4, по обоим шоссе «Что» и «Где», везде, где мы были (и не были). Возможно, повсюду в коре головного мозга, где нам казалось, что мы не видим импульсов устойчивой динамики, на самом деле мы наблюдали за ними все время – просто это были импульсы темных нейронов второго типа.

Мы видим спонтанные импульсы по всей коре. И, как я уже говорил, мы хорошо понимаем, как они создаются. Но для чего они нужны в бодрствующем мозгу? И водители ритмов, и сетевые формы спонтанной активности – кошмар для нейробиологов. Они используют необычайное количество энергии, но, будучи порожденными сами по себе, без входящих сигналов, они, кажется, не несут никакой информации о мире, никакого кода. Раскрытие глубокой тайны их существования – тема последней главы.

Глава 10

Есть только миг

Ограничения скорости

Печенье уже на пути к вашему рту. По мере того как оно поднимается все выше, импульсы разбегаются по вашему мозгу: от сетчатки до зрительной коры, через префронтальную кору, дальше в моторную кору и базальные ганглии, вниз по стволу мозга и в спинной мозг. Для вас это был лишь миг. Всего две секунды. От искоса брошенного взгляда до печенья во рту – мгновение ока.

От простейшего рефлекса, отдергивания руки от обжигающей чашки, до замирания, когда тигр вежливо покашливает у вас за спиной. От принятия решения, является ли летящее к вам черно-белое пятно восторженным далматинцем или разъяренной пандой, до вашей памяти, подсказывающей следующие слова в любимой песне, чтобы вы могли проорать в караоке припев, попадая в ноты так же часто, как слепой лучник. Скорость, с которой ваш мозг может – должен – реагировать на внешний мир, ставит жесткие требования к тому, как быстро должны работать импульсы. И ваш мозг действительно способен реагировать до неприличия быстро.

Простые реакции на внешний мир занимают всего несколько миллисекунд. Я показываю вам картинку, и первое заметное изменение потока импульсов от ганглиозных клеток сетчатки происходит примерно через 20 миллисекунд. V1, первичная зона зрительной коры, реагирует примерно через 40–50 миллисекунд после появления изображения. Каждый пит-стоп на шоссе «Что» добавляет еще примерно 10 миллисекунд: реакция в V2 возникает через 10 миллисекунд после отправки сигнала из V1; в V4 – примерно через 10 миллисекунд после V2. Шоссе «Как» работает быстрее, нейроны области MT меняют свою активность всего через 10 миллисекунд после первого заметного изменения в V1 [283].

Логично, правда? Шоссе «Как» – это быстрый, реактивный маршрут через кору головного мозга для определения, где и как что-то движется, чтобы обеспечить вам возможность выбора: немедленно дотронуться и схватить или наоборот, пригнуться и ускользнуть. Шоссе «Что» медленнее, это маршрут через кору головного мозга, заполненный обменом мнениями и консультациями, для того чтобы понять, что представляет собой то, что вы увидели, и помочь определить, съедобно ли это, можно ли это погладить или оно собирается наказать вас за опоздание на работу. Медленнее, но веретенообразная область распознавания лиц взорвется активностью менее чем через 100 миллисекунд после того, как в поле вашего зрения попадет знакомое лицо.

Впрочем, и более сложные активности не занимают у мозга много времени [284]. Вот вам подобное испытание: я покажу картинку всего на 30 миллисекунд, пока вы удерживаете кнопку; ваша задача – отпустить кнопку, но только в том случае, если на картинке изображено животное. При мимолетном взгляде ваш мозг должен использовать импульсы из сетчатки, несущие информацию о том, где была темнота, а где свет и под каким углом находились границы света и темноты, не только для восстановления из точек и штрихов рисунка, то есть понять, что это картинка, но затем еще и сравнить эту реконструированную картинку-концепцию с некоторыми сохраненными воспоминаниями о том, как выглядят животные. А затем – еще и принять решение, есть ли на картинке какие-либо из этих животных. Выглядит не так уж просто. Тем не менее вы, скорее всего, дадите как минимум 90 % правильных ответов. Потому что ваш мозг может решать подобные задачи очень быстро: время от первого появления изображения в поле зрения до момента, когда активность в конце шоссе «Что»