Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

КСТАТИ

Электрические сигналы в клетках хороши тем, что за ними относительно легко наблюдать в реальном времени: нужно просто проткнуть мембрану тонким электродом. В исследованиях, проводимых в нашей лаборатории, этому особенно способствуют крупные размеры нейронов аплизии (их видно невооруженным глазом). Колебания заряда под мембраной записываются в виде графика, напоминающего кардиограмму, но параллельно выводятся на динамик и превращаются в звуковую волну. Это сложно объяснить, но с динамиком работать проще, чем в тишине, – опытный электрофизиолог может на слух отличить здоровый нейрон от неправильно шумящего.

Активные нейроны обычно стреляют не одиночными потенциалами действия, а целыми очередями – весь цикл «нейромедиатор – потенциал действия – нейромедиатор» занимает миллисекунды, так что клетка быстро «перезаряжается» и стреляет снова, если ее продолжать стимулировать. Каждый потенциал действия на экране выглядит как большой острый пик: он резко взлетает вверх и резко падает вниз, из-за чего потенциалы действия еще называют «спайками», то есть «шипами». Но звучит потенциал действия как низкий, глухой удар, напоминающий удар бас-барабана. Чем активнее нейрон, тем быстрее он грохочет своим карданным валом. Со временем разные частоты и даже тембры ударов начинают казаться голосами – то ленивыми, то энергичными, то хлипкими и болезненными, то уверенными и возмущенными. Как и у любого отдельно взятого животного, у любого отдельно взятого нейрона свой характер.

В чем смысл нейрона? Если бы он был проводом, то синапсы вообще были бы не нужны. Собственно, в нервах их и нет. Нервы – это как раз высокоскоростные трассы передачи сигнала, и состоят они из очень длинных отростков одних и тех же клеток, не прерывающихся синапсами и нейромедиаторами. В одном и том же нерве могут быть сведены отростки тысяч клеток, но сигнал по ним бежит всегда в пределах клетки, а не между ними. Такие отростки достигают огромной длины: например, у нейронов седалищного нерва, живущих в спинном мозге, они должны дорастать аж до кончиков пальцев на ноге.

Но основную часть мозга составляют не нервы, а сети нейронов, соединенных астрономическим количеством синапсов, причем синапсов именно химических, «прерывистых», а не электрических, по которым сигнал может бежать без остановки. Задача типичного нейрона – не просто провести сигнал. Его главная функция – обобщение. Каждый нейрон принимает тысячу разнообразных входящих соединений, а сам отправляет одно и тот же сообщение по тысяче исходящих каналов. Каждое отдельно взятое соединение и каждое отдельно взятое сообщение значат мало, но их совокупность, их частота, их сила, иными словами, их паттерн порождает нечто, к чему не сводится ни одно из них. Смысл нейрона – в эмерджентности информации на выходе по отношению к информации на входе.

Нейроны передают информацию по цепи одной и той же азбукой Морзе, состоящей из потенциалов действия, «стреляющих» с разной частотой. Но с продвижением по цепи синапсов эта информация меняет значение. Каждый следующий нейрон отражает очередью своих выстрелов все более и более сложные закономерности. Информация, которую он несет, становится более общей, более отрешенной от деталей, более абстрактной. В этой абстракции и заключается смысл нейрона, а как мы увидим в дальнейшем, и всего мозга. Любое действие, любой рефлекс, любая мысль сводятся к обобщению.