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

Ученые недавно продемонстрировали на обезьянах, что активность нейронов в лобной коре изменяется под влиянием прежних представлений животных (в данном случае об ожидаемом интервале между стимулами) [82]. Однако исследование не дало точного ответа, что именно делают группы клеток и как они формируют вывод, а вместо этого продемонстрировало, что предыдущие убеждения изменяют определенное статистическое свойство групп нейронов («низкоразмерных криволинейных многообразий»), которые содержат неявное представление оптимального ответа. Используя модель системы, ученые смогли предсказать, как это свойство сможет измениться в различных условиях, хотя прогнозы еще не были проверены экспериментально.

Разрыв между теорией и нейробиологическими данными о точной активности отдельных нейронов можно увидеть при изучении кажущейся простой прогностической системы мозга, не требующей байесовских вычислений, – способности некоторых насекомых перехватывать партнера или добычу во время полета. Это должно включать в себя обнаружение положения и движения как воспринимающего, так и цели и, по крайней мере, два вида вычислений – измерение начальных относительных местоположений двух объектов и предсказание будущего относительного положения цели, – чтобы можно было осуществить перехват.

Вы можете сами наблюдать подобное летом – журчалки[283] собираются на залитых солнцем полянах, летая вокруг в поисках партнеров. Если вы возьмете апельсиновые зернышко и зажмете между пальцами, то можете послать его мимо одной из мух, которая быстро полетит ему навстречу, обманутая размером и движением косточки, думая, что это потенциальный партнер или соперник. В 1978 году Том Коллетт и Майк Лэнд из Сассекского университета сообщили об эксперименте, в котором стреляли горохом из гороховых пистолетов в журчалок и снимали движения насекомых (гороховые пистолеты более точны, чем апельсиновые косточки и пальцы) [83]. Математически проанализировав поведение мух, Коллетт и Лэнд смогли описать ключевые параметры, которые вычислял крошечный мозг насекомых, а также показать, что, хотя предсказание перехвата не постоянно обновлялось через функцию слежения, существовал элемент обратной связи, который позволял животным внезапно прекращать погоню в середине полета.

Я помню, как был очарован этой статьей, когда она вышла. Удивительно, правда, что спустя четыре десятилетия, несмотря на огромные успехи в изучении поведения насекомых в полете и нашу способность невероятно точно измерять активность отдельных нейронов в мозге мухи, биологический субстрат таких банальных предсказаний остается загадкой. В настоящее время исследователи проводят еще более сложные расчеты, связанные с взаимодействием хищника и жертвы (жертва может уклоняться), как это видно на примере великолепных «львов» мира мух – ктырей[284] или стрекоз [84]. Все это наводит на мысль, что крошечный мозг насекомых содержит прогностическую модель, которая отражает относительные движения хищника и жертвы (а также внешние факторы, такие как скорость ветра, которая влияет на то, как могут реагировать оба субъекта). Но на данный момент мы не знаем, как подобная модель воплощается в деятельности нервной системы.

Неспособность точно определить, какие типы простых предсказаний происходят в мозге насекомого, обнаруживает проблему с очевидной силой байесовских теорий в объяснении сложных функций человеческого мозга (невозможность перевести жесткую модель нейронной логики Мак-Каллока и Питтса на язык функционирования реальной нервной системы, также должна служить предупреждением). Существование чего-то вроде байесовских предсказаний, происходящих в нервной системе для объяснения восприятия, кажется несомненным. Но пока что теоретическое обобщение этой концепции, объясняющей работу всего мозга, остается умозрительным.

Экспериментальные данные всегда будут ключевым фактором истинности любой теории, какой бы элегантной и привлекательной она ни была.

* * *

Широко распространенное мнение о том, что мозг – это компьютер, подкрепляется тем фактом, что уже более века мы можем управлять его активностью с помощью электричества, точно так же, как управляем электронной машиной. В 1920-х годах исследователи начали использовать электрическую стимуляцию мозга для изучения анатомо-физиологических основ эмоций. Американский физиолог Уолтер Кэннон показал, что эмоции берут свое начало в мозговой деятельности, а не в реакциях внутренних органов и вегетативной (автономной) нервной системы. Если человеку вводили адреналин, это вызывало обычные висцеральные физиологические реакции, связанные с эмоциями, такие как учащенное сердцебиение, но не приводило к переживанию эмоционального состояния [85]. По мнению Кэннона, эмоциональные реакции координировались гипоталамусом, но контролировались действием коры головного мозга. Если у кошки кора была удалена, то животное проявляло постоянную агрессию – шипело и атаковало, даже если для этого не было никакой причины (Кэннон называл это «поддельной яростью») [86].