Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

Четвертым достижением, которое сегодня мы воспринимаем как данность, стала дешевая вычислительная мощь. Когда двухфотонный микроскоп выдает вам изображения нескольких тысяч клеток, каждая из которых мерцает в соответствии со своим индивидуальным паттерном активности, вы получаете не просто большие, а астрономически большие данные. Без современных вычислительных мощностей мы бы не извлекли из этих гор сырой информации и крупицы полезных знаний.

И, наконец, потребовался талантливый, настойчивый и дерзкий нейробиолог по имени Дэвид Танк из Принстонского университета, один из создателей двухфотонной микроскопии, который соединил вместе все вышеописанные достижения и добавил от себя несколько замечательных новшеств.

«Почему бы нам не нацелиться на звезды? – подумал Танк. – Что, если нам попытаться разглядеть сразу тысячи нейронов у животного, которое находится в сознании, видит разные зрительные стимулы и думает о них?» Вместе с коллегами Танк придумал способ, как зафиксировать мышь в ограничивающей рамке наподобие той, которую инсектологи используют для жуков. Мышь не особенно возражает, потому что ее кормят лакомствами. Как и жук, она стоит на свободно вращающемся шаре. Это генно-модифицированная мышь – в ее корковые нейроны методом генной инженерии встроены молекулы – индикаторы активности. Вокруг себя мышь видит искусственный мир, созданный с помощью технологии виртуальной реальности. И да, у нее в черепе проделано отверстие, через которое Танк и его коллеги с помощью конфокального микроскопа могут наблюдать за активностью корковых нейронов. Исследователи обучают мышь различным задачам – в частности, бегу по виртуальному лабиринту – и следят за тем, как ведут себя ее нейронные сети.

Хотя этот метод еще довольно сырой, он работает. И первое фундаментальное открытие состоит в том, что нейронные сети могут вести себя поразительно стабильным образом: например, в большинстве случаев в ответ на определенный стимул вспыхивает одна и та же группа первичных сенсорных нейронов. Это удивило исследователей, поскольку они предполагали, что нейроны будут мерцать в соответствии с собственной, непонятной нам логикой. Действительно, нейроны в корковых областях, отвечающих за сенсомоторную интеграцию, демонстрируют более гибкие, еще полностью не расшифрованные паттерны активности, иногда устойчивые, иногда меняющиеся. Это вполне объяснимо, так как эти области связывают сенсорный вход и поведенческий ответ на него, который может варьироваться в зависимости от ситуации. Но все это уже концептуальные проблемы, а не технические преграды.

Здесь я прерву свой рассказ. Ученики Танка внедряют этот метод в своих нейробиологических лабораториях; мыши бегают по виртуальным лабиринтам; компьютеры регистрируют паттерны активности их нейронов. От открывающихся перспектив у нейробиологов вскипают мозги. Сможем ли мы увидеть, как образуются клеточные ансамбли? Где в головном мозге хранятся воспоминания – в каком-то одном месте или же они мигрируют? Что делают нейроны, когда мышь спит, когда она чего-то хочет или когда видит другую мышь? Теперь у нас есть инструмент, и все, что нам нужно, – это экспериментировать и еще раз экспериментировать. Оставайтесь на связи: пока вы читаете эту книгу, эксперименты продолжаются!

14 | Зрение и сознание

Где-то что-то невероятное ждет своего познания.

БЛЕЗ ПАСКАЛЬ

Мне неизвестно, что может уготовить нам будущее, но, что бы там ни было, я иду навстречу этому смеясь.

ГЕРМАН МЕЛВИЛЛ

За всем тем, что сказано было здесь о восприятии, маячит один ключевой вопрос: кто наблюдатель? И где он «находится» в головном мозге? Не только изучать восприятие, но и размышлять о его глубинной природе – естественно для нас, ученых и обычных людей. Изучая восприятие, мы выступаем в роли внешнего наблюдателя: мы находимся за пределами мозга (или компьютера), наблюдаем за нервными импульсами (или электронами), бегущими туда-обратно по нейронным сетям, и пытаемся выяснить, как все это отражает внешний мир. И это вполне выполнимая задача – понять, как нейроны мозга представляют реальный физический мир, чтобы помочь нам не попасться в лапы хищника или пройтись по городской улице. Наш мозг составляет точную карту визуальной реальности, которая позволяет нам брать руками нужные предметы или объезжать препятствия, несясь с горы на лыжах. Но как насчет внутреннего наблюдателя? Неужели в нашей голове сидит некий маленький человечек, «гомункулус», который, как зритель в театре, созерцает все данные чувственного опыта?[36]

Пожалуй, самое труднообъяснимое во всем том, что я рассказал вам здесь о зрении, – так называемая проблема связывания. Каким образом мозг связывает все эти разнообразные и разрозненные визуальные входные сигналы, чтобы создать целостное восприятие – например, красного автомобиля, движущегося слева направо?