Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Открытие Хьюбела и Визеля совпало с рядом предшествующих находок. В 1953 году кембриджский физиолог Гораций Барлоу, член «Клуба Ratio» и правнук Чарлза Дарвина, показал, что клетки сетчатки лягушки организованы в группы, покрывающие по небольшому участку поля зрения животного [2]. Каждая из нейронных цепочек позволяла лягушке идентифицировать маленькие точки размером с муху. В принципе, скоординированная активация цепочек нейронов в сетчатке лягушки позволяла зрительной системе ее мозга отслеживать движущееся насекомое. Группа клеток активировалась, когда изображение мухи проходило над ней, а затем возвращалась в состояние покоя, когда муха удалялась. Хотя в некоторых отношениях открытие Барлоу предвосхитило прорыв Хьюбела и Визеля, между ними было существенное различие. Барлоу изучал периферическую нервную систему, а не мозг.

Ученым Дэвиду Хьюбелу и Торстену Визелю удалось обнаружить сложные репрезентации окружающей среды в отдельных клетках.

Имели место и более очевидные прецеденты. В 1938 году Лоренте де Но предположил, что нейроанатомия зрительной коры, по-видимому, организована в виде колонок, состоящих из с взаимосвязанных нейронов, которые простираются в глубь мозга, перпендикулярно поверхности. Правда, тогда никто и понятия не имел, что такая «столбчатая» организация может сказать о функции мозга [3]. За год до эксперимента Хьюбела и Визеля Вернон Маунткасл[228] обнаружил, что в коре головного мозга кошки клетки, реагирующие на один и тот же вид стимулов (например, прикосновение) от разных частей тела, организованы вертикально. А нейроны в одном и том же слое коры реагируют на различные виды сенсорных стимулов от одной и той же части тела [4]. Вскоре после этого Мак-Каллок и Питтс вместе со своим другом Джерри Леттвином и чилийским нейрофизиологом и кибернетиком Умберто Матурана сообщили о наличии аналогичных клеток в головном мозге лягушки[229] [5]. Сходные результаты вскоре получили исследователи, занимавшиеся другими видами позвоночных, и выяснилось, что модульный принцип организации зрительной коры был общим для всех позвоночных.

Возможная схема связей, определяющих рецептивное поле простой клетки. Большое количество клеток латерального коленчатого тела, четыре из которых изображены вверху справа, имеют рецептивные поля с on-центрами, лежащими вдоль прямой линии на сетчатке. Все это проецируется на единственную кортикальную клетку, и, следовательно, синапсы возбуждаются. В этом случае рецептивное поле кортикальной клетки будет иметь удлиненный on-центр, обозначенный прерывистой линией на изображении рецептивного поля слева.

Рисунок Хьюбела и Визеля, показывающий, как они представляли себе датчик для линии, производимой простыми нейронными связями

Следствием высокой степени локализации было то, что мозг сначала идентифицирует точные элементы в окружающей среде – линии, движущиеся объекты и др., – а затем каким-то образом конструирует из них узнаваемый целостный образ.

Несмотря на наличие строго определенных областей мозга, отвечающих за отдельные сенсорные модальности (обоняние, слух и т. д.), оказалось, что есть и высокая степень общности. Слуховые сигналы интегрируются в зрительные области мозга кошки, а зрительные сигналы анализируются в слуховой коре мыши [6]. Такое взаимодействие между сенсорными модальностями предположительно связано с точной идентификацией важных стимулов, таких как ассоциация шороха с движением хищника или жертвы.

В конце 1960-х и начале 1970-х годов исследования мозга кошки показали, что для развития многих структур необходим опыт. В ходе экспериментов кембриджского физиолога Колина Блейкмора и других выяснилось, что, если вы воспитываете кошку в среде, состоящей исключительно из вертикальных полос, она не может идентифицировать горизонтальные полосы – нейроны, которые обычно реагируют на такую ориентацию объекта, не срабатывают [7]. Данный эффект имел реальные поведенческие последствия – Блейкмор сообщил, что котята, выросшие в среде с горизонтальными полосами, игнорировали палку, которой взмахивали вертикально. Они буквально не видели эту часть мира: «Несмотря на активное и с течением времени все более неистовое зрительное исследование комнаты, котята часто натыкались на ножки стола, когда сновали вокруг».