Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи

Через год после визита в лабораторию Дудченко в Эдинбурге я заглянул к нему на кафедру психологии в Стерлингском университете. Студенческий городок уютно расположился между границей (западным краем гряды холмов Охл-Хилс) и ориентиром (высоким памятником шотландскому герою Уильяму Уоллесу). В отличие от них в здании, где находится кафедра психологии, нет никаких ориентиров, и табличка с номером комнаты – единственное, что отличает дверь кафедры среди сотен одинаковых дверей в бесконечных коридорах с белыми стенами. Идеальное место для изучения восприятия пространства: Дудченко утверждает, что этот запутанный план здания подсказал ему идеи нескольких экспериментов.

Подобно многим своим коллегам, он пытается понять, как нейроны решетки встроены в когнитивную карту. «О них много говорят, в частности о том, что они определяют метрику мозга, и возможно, так оно и есть. Но в таком случае это очень ненадежная метрика», – заметил он[116]. Дудченко рассказал, что группа нейробиологов из Университетского колледжа Лондона провела новое исследование на мышах и показала, что паттерны возбуждения нейронов решетки полностью нарушаются, когда животные исследуют знакомое место в темноте[117]. «И это действительно проблема. Грызунам навигационная система нужна именно после того, как погаснет свет. И если она перестает работать, это странно»[118].

Дудченко приходит в восторг при мысли о том, что нейроны решетки могут вести себя совсем не так, как предполагали большинство нейробиологов, и что некоторые из главных допущений исследователей неверны[119]. «Иногда мир более странен, чем мы о нем думаем. Вряд ли мы узнали всё. Возможно, это только начало, и подозреваю, нас ждет еще много открытий. Будут и другие сногсшибательные новости», – говорит он.

Без когнитивной карты, которая напоминает, что в этом месте мы уже были, мир был бы непознаваем. Но недостаточно просто знать, где мы находимся. Нам нужно еще знать, как попасть в то или иное место и как не сбиться с пути. Оказывается, наши когнитивные карты превосходно умеют вычислять маршруты к цели и запоминать их. Нейробиологи наблюдали, что, когда крыса прокладывает путь в лабиринте и идет по тому ответвлению, в конце которого находится, в гиппокампе животного активизируется больше нейронов места, и когнитивная карта получается более подробной[120]. Крыса стремится к еде, и есть смысл хорошо запомнить дорогу к ней. Это справедливо для всех млекопитающих; слоны из пустыни Намиб превосходно помнят, где находятся все далекие источники воды, хотя посещают их редко. Нетрудно понять, как могла сформироваться эта стратегия: способность легко находить дорогу к месту, где много фруктов, ягод или съедобных кореньев, давала серьезные преимущества.

Механизмы, выделяющие важные маршруты, – это один из самых интересных аспектов когнитивной карты. Нейробиологи обратили внимание, что, после того как крыса прошла лабиринт и добралась до вознаграждения, паттерны возбуждения нейронов места и нейронов решетки в гиппокампе и энторинальной коре повторяются во время отдыха или сна – как песня в режиме повтора[121]. По всей видимости, крыса закрепляет в памяти карту маршрута, подсознательно повторяя его, но со скоростью, в десять или двадцать раз превышающей изначальную. Это очень важно для навигации: если помешать повторению, лишив крысу отдыха, на следующий день ей сложнее справляться с тем же заданием[122].

Когнитивное повторение играет большую роль в закреплении памяти о поиске пути[123], но это не единственная его функция: повторение используется для планирования маршрута. Когда крысы ищут еду, они часто останавливаются перед разветвлением лабиринта, выбирая путь. Нейробиологи из Университетского колледжа Лондона изучали, что происходит в мозге крысы, когда она выбирает, куда свернуть, и регистрировали последовательность нервных импульсов в гиппокампе. К их удивлению, выяснилось, что гиппокамп не только формирует память, но и, по всей видимости, предсказывает будущее. Перед тем как крыса снова отправится в путь, нейроны места начинают выдавать характерную последовательность стремительных импульсов, словно повторяя недавнее путешествие, – с той лишь разницей, что путешествие еще только предстоит: когда крыса делает выбор и бежит в одно из ответвлений, точно такая же последовательность импульсов возникает в ее гиппокампе. Создается впечатление, что крыса просчитывает варианты, затем выбирает один из них и следует выбранному плану[124]. Обратите внимание: это не сложный процесс принятия решения, поскольку крыса сначала представляет будущее, а затем выбирает только те маршруты, которые, как ей известно, точно ведут к еде. Это значит, что когнитивное повторение, когда бы оно ни происходило – до путешествия или после, – сформировалось как способ помочь животному достичь явной цели: если вознаграждения нет, зачем тратить ресурсы мозга?