Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи

Но значит ли это, что для каждого фрагмента эпизодической памяти существует своя когнитивная карта? Хорнер не сказал об этом ничего определенного, что вполне понятно, если учитывать обилие заманчивых, но непроверенных объяснений этому явлению. «Это вполне может быть так, но точно мы не знаем», – ответил он. Однако в 2017 году его коллега Дэн Буш из Института когнитивной нейробиологии Университетского колледжа Лондона продемонстрировал, что проход через дверь не ставит «закладку» в долговременной памяти и не разрывает ее извлечение, если испытуемый сразу же возвращается в ту же комнату. Буш полагает, что это свидетельство в пользу теории долговременной памяти как когнитивной карты: события, даже «разорванные», вспоминаются вместе, если произошли в одной и той же точке пространства – потому что их кодирует одна и та же последовательность нейронов места. Тем не менее он признает: поскольку нейробиологам трудно изучать мозг живых людей на уровне отдельных нейронов, убедительных доказательств этой теории придется подождать[155].

Теперь, когда стало очевидно, что пространственная система мозга помогает нам вспоминать прошлое, вас не должен удивить тот факт, что она также помогает нам думать о будущем. В частности, она позволяет нам совершать воображаемые путешествия. Группа Хорнера проверила это предположение с помощью еще одного задания в виртуальной реальности, на этот раз в сканере фМРТ. Участников эксперимента снова просили прогуляться по виртуальному ландшафту и найти несколько предметов. Затем они должны были закрыть глаза и вообразить, что делают то же самое. Сканируя их мозг, исследователи наблюдали похожий на решетку паттерн активности нервных клеток в энторинальной коре при выполнении обоих заданий, реального и воображаемого. Аппарат фМРТ не способен регистрировать возбуждение отдельных нейронов, но наблюдаемый паттерн, скорее всего, был обусловлен активностью нейронов решетки, ключевого компонента когнитивной карты. А значит, нейроны решетки позволяют нам перемещаться в пространстве не только физически, но и мысленно – то есть путешествовать в воображаемом, а не только в реальном мире[156].

Другие исследователи недавно показали, что нейроны решетки также участвуют в решении абстрактных задач, не имеющих никакого отношения к навигации или ориентации в пространстве. В одном из самых оригинальных исследований такого рода Александра Константинеску, Джилл О’Рейли и Тим Беренс из Оксфордского университета разработали задание, в котором группа добровольцев должна была манипулировать силуэтом птицы, изменяя его с помощью клавиатуры. Растягивая или укорачивая шею или ноги, птицу можно было превратить в аиста, цаплю, утку, лебедя, чайку или нечто промежуточное. После тренировки добровольцам предложили визуализировать, как меняется облик птиц, – представить, что ноги и шея удлиняются или укорачиваются до определенного размера, – в то время как исследователи смотрели на их мозг с помощью сканера фМРТ. Ученые стремились понять, участвуют ли в организации концептуального знания те отделы мозга, которые обычно управляют знанием о пространстве, такие как энторинальная кора, ретроспленальная кора и префронтальная кора. «Эти области мозга делают много интересного, причем никак не связанного с пространством, – писал мне Беренс в электронном письме. – Интересно, чем заняты нейроны решетки в этих областях?»

К удивлению многих специалистов, выяснилось, что мозг воспринимает абстрактное упражнение как пространственную задачу: похоже, нейроны решетки картировали одномерную визуализацию как движение в двух измерениях. Растяжение шеи птицы заставляло нейроны решетки возбуждаться по одной траектории, а растяжение ног – по другой, перпендикулярной. Одновременное растяжение шеи и ног приводило к тому, что нейроны активизировались по промежуточной траектории, угол наклона которой зависел от соотношения размеров ног и шеи в воображении испытуемого. Нейроны решетки как будто в прямом смысле проводили людей через задачу. По мнению Беренса, это указывает, что мозг использует нейроны решетки, лежащие в основе восприятия пространства, и для решения абстрактных задач[157]. Пространственная система мозга, по всей видимости, обращается к картам не только для отображения пространства, но и для организации самых разных типов знания. Они помогают нам ориентироваться во внутреннем мире так же хорошо, как и во внешнем[158].

Подобные открытия вызвали массу предположений о природе когнитивной функции. Одна из самых спорных теорий заключается в том, что язык – вероятно, самая главная система абстрактного знания – сам построен на пространственной основе. Эта гипотеза еще интересна тем, что ее предложил Джон О’Киф, первооткрыватель нейронов места и убежденный эмпирик. Всю свою научную карьеру он посвятил изучению гиппокампа и взаимодействия животных с пространством, однако время от времени отвлекался от основной темы своих исследований.