Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Обезьяны, по-видимому, реагируют на экспериментальные изображения, только когда их мозговые волны формируют характерный паттерн, который отражает тип нейрональной самонастройки,[35] что также происходит и у людей. Это предположение кажется правдоподобным. Впрочем, оно мало говорит нам о том, почему «повторный вход», накопление итераций между двумя областями мозга, имеет такое большое значение.

Давайте снова изменим тактику. В поисках убедительной связи между сознанием и определенными свойствами мозга мы также можем двигаться в противоположном направлении, фокусируясь не на связях между областями мозга, а на его самых маленьких функциональных элементах – отдельных клетках. В рамках такого подхода мы можем отслеживать функционирование отдельных нейронов у людей, перенесших операцию на головном мозге. Благодаря отсутствию в мозге болевых рецепторов, с середины двадцатого века стало возможным пребывание пациента в сознании во время операций на головном мозге.[36] Канадский хирург Уайлдер Пенфилд, который в свое время прооперировал более пятисот пациентов, смог, в частности, стимулировать открытую поверхность височной доли пациента с тяжелой формой эпилепсии. После подобных беспрецедентных процедур пациенты нередко сообщали о ярких, но похожих на сновидения «воспоминаниях». Такие «воспоминания» могут возникать при стимуляции соседних участков нервной ткани, и даже стимуляция в разное время на одном и том же участке может привести к различным субъективным переживаниям. Эти откровения предполагают, что Пенфилд воздействовал на различные, хотя и перекрывающиеся сети нейронов, в которых один участок нервной ткани мог быть компонентом более чем одной сети, и, наоборот, разные участки могут входить в состав одной и той же сети.

Однако лишь недавно была разработана более совершенная техника регистрации активности клеток головного мозга у пациентов, находящихся в сознании, и новые данные оказались совершенно удивительными. В одном эксперименте, который сначала может показаться немного странным, клетка мозга пациента была возбуждена целыми семью различными изображениями Дженнифер Энистон, но эта же клетка никак не реагировала на восемьдесят других изображений, в том числе фотографии современных кинозвезд, таких как Джулия Робертс, или даже совместные фото Дженнифер Энистон с Брэдом Питтом. Были выявлены определенные клетки мозга, которые реагировали, повышая свою активность, только когда субъекту предъявляли фотографии той или иной знаменитости. В другом эксперименте исследователи обнаружили, что около трети наблюдаемых клеток (44 из 137) оказались также очень избирательными: в данном случае использовались фотографии Холли Берри, впоследствии отреагировавшие клетки получили название «нейроны Холли Берри».[37]

Больше всего ученых поразила согласованность откликов, даже когда субъекту были показаны весьма разнообразные фотографии одного и того же человека или объекта, – явление, известное как «инвариантность». Исследования подобного рода позволяют предположить существование когнитивной обработки на уровне отдельных нейронов. Но может ли одна клетка мозга действительно независимо осуществлять специфическую функцию? Давайте еще немного приоткроем завесу тайны…

В середине двадцатого века было популярно представление о том, что в мозге существует своего рода иерархия функций, которую можно представить как пирамиду, на вершине которой находится некий «босс». Эта концепция хорошо согласовалась с научными изысканиями 1960-х годов, когда два физиолога – Дэвид Хьюбел и Торстен Визель – совершили прорыв, который спустя 20 лет принес им Нобелевскую премию.[38] Хьюбел и Визель, используя технику регистрации отдельных нейронов, исследовали поведение нейронов зрительный зоны коры головного мозга. Эксперимент позволил выявить связь отдельных нейронов с определенным участком зрительного поля. Это означает, что отдельные нейроны зрительной коры отвечают за стимулы, отражаемые определенной рецепторной зоной сетчатки глаза. Удивительное открытие заключалось в том, что когда они глубже проникали в мозг – дальше по пути обработки сигнала, клетки в буквальном смысле становились более избирательными. Казалось, существует иерархия избирательности в обработке зрительной информации: поскольку входной сигнал от сетчатки обрабатывался на последующих этапах в более глубоких участках мозга, рассматриваемые клетки становились более специализированными. Было, конечно же, удивительным открытием, что одна клетка мозга может иметь такую беспрецедентную индивидуальность: это породило некоторые странные экстраполяции, которые вышли за рамки органичной концепции иерархии физических свойств мозга, порождая искусственные иерархии сознания.