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

Твит профессора Софи Скотт из Университетского колледжа Лондона (Сам текст твита: Провела сегодняшний день, читая о подкорковой обработке слуховой информации. Мне нравится эта сволочь. ОДИН НЕЙРОН от улитки. Все развивается бурными темпами: 8 разных типов клеток, 5 разных потоков обработки, все они сохраняют тонотопию. И это ТОЛЬКО НАЧАЛО. Как мы вообще что-то слышим!)

Более того, уже более двух десятилетий мы знаем, что нейронная активность иногда может распространять свое воздействие как вверх по путям, так и вниз. В 1997 году калифорнийские исследователи изучили простую сеть изолированных клеток гиппокампа и обнаружили, что угнетение активности в выходном синапсе клетки распространяется обратно вверх по нейрону и влияет сначала на входные синапсы, а затем и на всю сеть [55].

Хотя потенциалы действия обычно передаются только в одном направлении – вниз по аксону, – это не всегда так.

Клетки не являются электронными компонентами компьютера, и карта электрических связей не покажет, как они функционируют в сети.

Нейронная активность иногда может распространяться как вверх по путям, так и вниз.

Эти открытия привели некоторых исследователей к предположению, что нейронная доктрина не адекватна для понимания сложности мозга и что неизвестные коллективные свойства, возникающие в результате деятельности групп нейронов – интегративные эмердженты на научном жаргоне, – могут оказаться значительными. Группа ведущих нейробиологов сказала в 2005 году:

«Сложность человеческого мозга и, вероятно, других областей нервной системы проистекает из некоторых особенностей ее организации, которые используют перестановки десятков интегративных[246] переменных и тысяч или миллионов переменных коннективности и, возможно, интегративных эмерджентов[247], которые еще предстоит открыть. Ответы простираются далеко за пределы объяснения с помощью нейрона, действующего как единая функциональная единица» [56].

Десять лет спустя Рафаэль Юсте из Колумбийского университета также утверждал, что нейронная доктрина в настоящее время если не устарела, то по крайней мере дополнена. Многие зоны мозга, по-видимому, организованы по принципу сетей, к примеру, наборы тормозящих нейронов, которые, согласно Юсте, «часто связаны друг с другом щелевидными соединениями, как будто были придуманы для работы единым целым». И способность некоторых тормозящих нейронов передавать нейромедиаторы тканям, а не просто выпускать их в синапс, предполагает, что они «по-видимому, предназначены для распространения “покрова торможения” (blanket of inhibition) на возбуждающие клетки» [57]. Далее Юсте указал на отдельные примеры функций, возникающих в результате активности нейронной сети, которые не могут быть идентифицированы на уровне единичных клеток. Например, как было показано в отчете 2012 года об активности клеток в мозге мыши, перемещавшейся по виртуальному лабиринту [58]. Паттерн активации в сети может объяснить поведение мыши, но активность нейронов по отдельности – нет.

Хотя Юсте утверждал, что необходимо разработать теорию функционирования нейронных цепей, он, как и его предшественники, не знал, какими могут быть следующие шаги. Нейробиолог лишь настаивал на том, что простой регистрации данных, полученных из множества нейронных сетей, будет недостаточно – объяснение не возникнет как по волшебству. Вместо этого, вероятно, потребуется учитывать все уровни системы: от молекулярного, через активность отдельных клеток, до поведения всей цепи и поведенческой реакции для того, чтобы полностью понять исследуемый феномен [59]. Идея, возможно, верная, но мы еще мало знаем. Здесь нет вины Юсте – неспособность выйти за рамки общих принципов типична для современных представлений о работе мозга. У нас нет ни соответствующей теоретической базы, ни экспериментальных данных, которые могли бы указать на ответ. Мы еще не представляем, как сделать следующий шаг.