Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды

Вплоть до 1990-х нейробиологи могли записывать активность отдельных нейронов животных только вслепую. Когда они вводили острие электрода в какой-нибудь участок коры головного мозга, то узнавали, что нашли нейрон, только по сигналу, который регистрировался на осциллографе, или по звуку в лабораторных динамиках: тик, тик, тик, тик… Получается, они могли найти только активный нейрон, потому что единственный способ обнаружить нейрон заключался в регистрации его активности.

Это создало ужасную предвзятость в нашем понимании мозговой активности, импульсов и того, какие нейроны их посылают. Если каждый нейрон, активность которого вы записываете, посылает импульсы, то, поскольку вы – как вам кажется – производите выборку случайным образом, вслепую, это должно означать, что импульсы посылает каждый нейрон. Но если ваш единственный способ найти нейрон – по импульсам, которые он отправляет, то по определению вы не сможете найти те нейроны, которые ничего не отправляют. Для вас они будут темной материей вселенной мозга – увеличивающей его массу, но невидимой для измерительных инструментов.

Но затем появились технологии получения изображений нейронов. Мы вводим цифровую видеокамеру в ту часть мозга, где каждый нейрон содержит введенное нами флуоресцентное химическое вещество, которое начинает светиться, когда нейрон проявляет активность. Чаще всего это соединение реагирует на количество кальция в теле нейрона, загораясь с каждым импульсом от притоков в тело клетки ионов кальция [141]. Снимая на видео кусочек мозга, мы можем рассмотреть все нейроны и их очертания в четком фокусе. И увидеть, какие из них загораются. Оказывается, десятилетиями мы фиксировали только верхушку айсберга. Большинство нейронов, заснятых на этих видео, неактивны.

Первые намеки на масштабы этого феномена были получены при визуализации коры головного мозга крыс, находящихся под наркозом. Под действием многих анестетиков кора головного мозга работает так же, как и во время глубокого сна, колеблясь между состояниями активности и глубокого спокойствия примерно раз в секунду. Получив изображения первых слуховых и соматосенсорных (реагирующих на касание) зон коры, Джейсон Керр и его коллеги сообщили, что в «активные» периоды, длящиеся секунду или чуть больше, на самом деле активны были только 10 % от всех нейронов [142]. 90 % в это время молчали, и почти все затихали в период «спокойствия». И эта пропорция молчащих нейронов не связана со сном или анестезией – у бодрствующих животных она выглядит так же.

Кристофер Харви и его коллеги из лаборатории Дэвида Танка в Принстоне фиксировали на видео часть теменной коры, которая находится в конце шоссе «Как?», у мышей, бегущих по Т-образному лабиринту [143]. (Виртуальному: мышь на самом деле бежала внутри шара, в то время как виртуальный мир вращался вокруг нее.) Они обнаружили, что только 47 % нейронов были «активны», пока мыши бежали по лабиринту. И даже это число требовало растягивать определение «активности» до предела: нейрон считался «активным», если он генерировал более двух импульсов в минуту. Минуту! Это почти в десять раз дольше, чем требовалось мыши, чтобы пробежать лабиринт.

И на всякий случай, если вы думаете, что помещение мыши в виртуальный мир может исказить ее нейронную активность – это не так. Исследователи из лаборатории Карела Свободы создали целую фабрику по визуализации нейронов в мышином мозгу, когда мыши занимаются активной деятельностью в реальном мире. В исследовании, проведенном Саймоном Пероном, они визуализировали специализированный участок коры, который получает данные от вибрисс, в то время как мышь использовала их, чтобы найти столбик (а мышь хотела найти столбик, потому что он отмечал, в какой из носиков поилки будет подаваться вода) [144]. Даже в специализированной части коры, которая реагирует только на сигналы от конкретной вибриссы, они обнаружили, что активными были лишь 67 % нейронов. И снова – при условии подтягивания определения «активный» до критической точки, требующей хотя бы одного импульса каждые 100 секунд, что в десять раз дольше, чем вся последовательность задачи. На всех изображениях активных нейронов, которые нам удается зафиксировать, видно, что большинство нейронов отправляют импульсы реже чем раз в минуту.