Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи

Систему нейронов направления головы часто называют внутренним компасом мозга. В отличие от нейронов места и нейронов границы, которые реагируют на структуру окружающей среды, нейроны направления головы активизируются тогда, когда ваша голова повернута в определенном направлении. Разные клетки реагируют на разное направление, а все вместе они охватывают весь диапазон в 360 градусов. Покружитесь, и ваши нейроны направления головы по очереди активизируются, один набор за другим. Система направления головы отличается жесткой координацией: если в какой-либо обстановке клетка В возбуждается правее клетки А, то так будет везде[84].

Как нейроны определяют, что моя голова повернута вправо или влево на определенный угол? Скорее всего, источником этой информации служит вестибулярный аппарат, сеть каналов и полостей внутреннего уха, реагирующая на линейное и угловое ускорение. Вот почему нейробиологи называют систему направления головы внутренним компасом. Сигналы от вестибулярного аппарата позволяют нейронам возбуждаться в зависимости от направления головы даже в темноте или когда мы закрываем глаза. При повреждении вестибулярного аппарата люди не только теряют чувство равновесия – они утрачивают способность к ориентированию, что значительно затрудняет перемещение в окружающем мире и его понимание.

Но аналогия с компасом окажется не совсем точной, если внимательнее присмотреться к тому, как нейроны направления головы формируют чувство направления. Они не реагируют на магнитное поле Земли или на направления по странам света (север, юг, восток, запад), а связаны с ориентирами. Если первым, на что вы обратите внимание в Эдинбурге, будет замок, часть ваших нейронов направления головы свяжет себя с ним, а поскольку система обеспечивает последовательное возбуждение нейронов при повороте на определенный угол, в результате быстро формируется весь «компас» (в котором замок играет роль севера).

Так будет до тех пор, пока вы не уйдете и не окажетесь в другом окружении. Например, если вы зайдете внутрь Эдинбургского замка и начнете бродить по нему в поисках Скунского камня, древнего символа шотландской монархии, система направления в вашем мозге перезагрузится и настроится на внутреннее пространство замка, поскольку уже не может привязаться к первоначальному северу (если только вы не видите его в окно или не обладаете исключительной пространственной памятью). В этот момент вам будет трудно закрыть глаза и уверенно указать направление на Национальный архив или Трон Артура: вестибулярный аппарат способен поддерживать ориентацию только короткое время, а затем ему понадобится новая визуальная информация (или другая сенсорная подсказка)[85].

Зависимость от ориентиров[86] объясняет, почему система направления головы легко путается в незнакомых местах, особенно если мы невнимательны. Приведенный ниже рассказ шведского инженера Эрика Джонсона, который увлекался вопросами навигации, будет понятен каждому, кто терял верную дорогу в городе, твердо уверенный, что знает, куда идет. В 1948 году Джонсон посетил Кёльн. Он приехал на поезде глубокой ночью, немного вздремнул на скамейке прямо на вокзале и направился к Рейну, чтобы сесть на пароход. Когда он не смог найти реку и обратился за помощью к кому-то из прохожих, то, к своему удивлению, услышал, что идет в противоположную сторону:

Я шел в неверном направлении, на восток, а не на запад, как мне казалось. Потом я увидел солнце, восходившее над туманом, окутавшим пароходы. Солнце встает на западе! Да, это все объясняло. Должно быть, я сбился с пути, когда приехал на поезде ночью и, вместо того чтобы идти на восток, пошел на запад, удаляясь от реки. Теперь, когда стало понятно, что произошло, все будет в порядке, подумал я. Как бы не так! Я убеждал себя, что утром солнце должно быть на востоке, но все равно чувствовал, что оно на западе, а когда приблизился к Рейну, то «увидел», что оно смещается на юг. Никакая логика не могла изменить мое внутреннее убеждение. Вероятно, какая-то система ориентации, действующая на подсознательном уровне, раз и навсегда решила, что в Кёльне юг находится на севере[87].