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

систему: у людей и леопардов, змей и лягушек, муравьев и червей, рыбок данио и кальмаров. Это одна из причин, по которой я смог написать эту книгу и описать, как работает ваш мозг, несмотря на то что мы не имеем права засовывать электроды в мозг живого человека и записывать импульсы. А это значит, что нейроны должны быть эволюционно древними клетками, происходить от общего предка всех живых существ с нервной системой. Мы предполагаем, что они появились где-то между 635 и 540 миллионами лет назад [310]. Либо они эволюционировали, чтобы координировать быстрые реакции на события, происходящие во внешнем мире, чтобы, например, не быть съеденными [311], или, когда эволюция перешла от одноклеточных организмов к многоклеточной жизни [312], они эволюционировали, чтобы решить проблему координации между этими новомодными клетками и убеждаться, что клетки движущие и клетки питающие делают правильные вещи в нужное время и в правильном порядке.

Нейроны явно доказали свою ценность для выживания организмов. В конце концов, они есть везде. Так что эволюция стала добавлять еще. А как только мы объединяем несколько нейронов в сеть, мы получаем несколько петель обратной связи; мы получаем возможность генерации спонтанных импульсов самой нейронной сетью. Это в особенности заметно, когда количество нейронов настолько велико, что функции каждого нейрона и его связи уже не могут в индивидуальном порядке определяться генетической программой. Гены могут определять типы нейронов, где они появляются в нервной системе и к каким типам нейронов подключаться. Но детали конкретной схемы разводки оставлены на волю случая. Тогда неизбежно формирование сетей обратной связи между нейронами. При этом спонтанные импульсы появились просто как побочный продукт создания сети.

Я предполагаю, что эволюция задействовала их для полезной работы, чтобы решить проблему ограничения скорости. Сама проблема возникла из-за добавления дополнительных нейронов. Поскольку, как только между теми нейронами, которые принимают информацию непосредственно с сенсорных входов, и теми, которые непосредственно вызывают движение, появляется все больше промежуточных нейронов, возникает гораздо больше вариантов обработки информации, больше задержек, которые необходимо преодолеть, больше возможных способов превращения входящих данных в действия. Эволюция, вероятно, могла бы тогда использовать спонтанные импульсы для первичной реакции или предвидения потребностей. Отсюда и сложность процесса бесконечной генерации предсказаний в человеческом мозге.

Наше путешествие показало сложность, стоящую за, казалось бы, простым повседневным действием. Оно в самый короткий момент породило ошеломляюще сложный каскад импульсов. Миллиарды импульсов от миллиардов нейронов неслись вдоль миллиардов аксонов, перепрыгивая через миллиарды синаптических промежутков. Каждый импульс клонировался в каждое ответвление аксона, бесконечно размножаясь, каждый клон мчался по кабелю, пытаясь запустить каскад молекул через синаптические промежутки к дендритам следующего нейрона. Если это удавалось – а теперь мы знаем, что это часто не удается, – всплеск напряжения, вызванный этим процессом в дендрите, присоединялся к тысячам других, прибывших в тот же момент, каждый всплеск скользил по полному опасностей дендриту, и если он добирался до тела нейрона, то немного подталкивал его к его критической точке – хотя иногда он туда не добирался, встречая на пути тормозящий всплеск, уничтожающий его. Большинство из этих и тысяч тысяч других импульсов были спонтанными, доминирующими в общем количестве. Постоянное движение импульсов туда и сюда, кружение между слоями коры, между областями, вверх и вниз в белое тело и обратно. Они всегда рядом, и их намного больше, чем импульсов, вызываемых событиями во внешнем мире.

Мозг работает на гораздо более медленной временной шкале, чем импульсы [313]. Концентрации нейромодуляторов, таких как дофамин и серотонин, изменяются в течение нескольких минут. Изменение сил синаптических связей для непосредственного запоминания занимает часы. Для овладения сложными навыками требуются дни и недели, чтобы в мозгу образовались длительные устойчивые связи. На развитие самого мозга уходят годы; у людей этот процесс занимает более двадцати лет. Все это изменяет способы отправки сообщений о текущем моменте. Но ни одно из этих событий не влияет на вещи, происходящие прямо сейчас. Их влияние ощущается только через воздействие на процесс передачи импульсов.

В текущий момент спонтанные импульсы имеют решающее значение для нашего функционирования в этом мире. В сенсорных частях коры спонтанная активность предсказывает, какой будет поступающая сенсорная информация, гарантируя, что мозг может быстро отслеживать события во внешнем мире. Спонтанная активность в моторной коре и других областях готовит тело к следующему движению в «нулевом измерении», гарантируя, что команда для следующего движения будет исполнена всего за несколько импульсов. В глубинах префронтальной коры спонтанные импульсы накапливают и запоминают информацию, необходимую для совершения действий, и предсказывают последствия этих действий, чтобы решения можно было принимать быстро. Но мы знаем, по крайней мере в случае людей, что спонтанные импульсы означают намного больше.

В каждый текущий момент спонтанные импульсы – это вы. Это ваши мечты и праздные мысли, ожидания и планы, воспоминания и размышления. Неожиданное желание увидеть, как вы будете выглядеть с яркой фиолетовой прядью в волосах. Внезапное решение не готовить сегодня, а купить вечером по дороге домой фиш-энд-чипс. Ваше воображаемое «Я», которое овладеет мастерством игры на гитаре через несколько лет. Мечта о том, как пальцы ног зарываются в мокрый песок, пока море нежно ласкает ваши лодыжки, словно ласковый пес. Ваша богатая внутренняя жизнь – это отправка и получение спонтанных импульсов.

И самое важное путешествие импульса – это не маршрут от зрительного входа к двигательному выходу. Это вечный круговорот, снова и снова повторяющийся в вашем мозгу.

Послесловие

Будущее импульсов

Все-все импульсы

Путешествие нашего импульса через мозг скоро можно будет описать иначе. Я интерпретировал для вас то, что мы видели, только на основании информации, которой мы располагаем сейчас, сведений, кропотливо собранных за последние сто лет или около того. По мере того как мы будем тратить на изучение работы мозга все больше времени, собирать все больше данных, накапливать больше знаний, мы больше узнаем об этом путешествии, лучше поймем то, что видели. Что же еще мы могли бы узнать?

Успешность наших попыток заглянуть в магический кристалл серьезно зависит от постановки вопроса. Проще всего предсказать, какие данные об импульсах мы получим в ближайшем будущем, поскольку мы можем взять текущие тенденции в технологиях, рассмотреть существующие концепции и экстраполировать их. Сложнее предсказать, какую информацию будут содержать эти новые данные. Еще сложнее предсказать, что они будут для нас означать. Но мы можем спрогнозировать, какие новые направления мы хотели бы исследовать. А мы хотели бы исследовать все, что лежит за границами описанного в этой книге, потому что мы ничего об этом не знаем – импульсы, лежащие в основе