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

Подобные исследования, с визуализацией при помощи красителей, постоянно демонстрируют наличие в коре головного мозга молчаливых нейронов, но оставляют открытыми множество вопросов. Возможно, есть какие-то технические проблемы с используемыми нами флуоресцентными веществами? Может, они не регистрируют отдельные импульсы и поэтому нейроны выглядят менее активными, чем на самом деле? Или флуоресцентные вещества усваиваются не всеми нейронами? Но в этом случае «безмолвными» нейронами могут быть только те, внутри которых нет флуоресцентной краски. Или краситель их повреждает? В этом случае возможен вариант, что само поступление внутрь клетки химического вещества заставляло нейроны прекращать генерировать импульсы. Стоит уточнить, что большинство исследований с визуализацией, включая все вышеперечисленные, позволяют видеть нейроны во втором и третьем слоях, как раз в верхней части коры, потому что свету труднее проникать в последующие слои и, следовательно, нам труднее снимать видео. Поэтому не исключено, что в именно в этих слоях коры есть что-то особенное, а более глубокие нейроны весело испускают импульсы, уносящиеся по аксонам прочь, но мы их просто не видим. Как и в любой другой области науки, каждая новая технология позволяет получать интереснейшие ответы, но ставит не меньше новых вопросов. Однако теперь, с помощью феноменально сложной техники локальной фиксации потенциала, ученые доказали, что молчаливые нейроны действительно существуют.

Традиционно нейробиологи просто опускали тонкие иголки из серебра, нержавеющей стали или стекла в мозг, размещали кончик этой иглы рядом с телом нейрона и записывали электрические всплески. Но при локальной фиксации потенциала методом пэтч-клэмп исследователи находят нейрон в мозгу животного при помощи стеклянной пипетки – трубки с конусообразным кончиком диаметром 1–2 микрона, пытаясь физически прикрепиться к его мембране, «присосаться» к ней. Экспериментаторы находят нейроны только путем физического контакта, поэтому не полагаются на его активность. У метода локальной фиксации есть свои недостатки: к большому нейрону легче присосаться, чем к маленькому, а при работе на живом животном до сих пор нет возможности видеть, что вы делаете, – но, что важно для нас, нейрону необязательно быть активным. После присоединения к клетке можно воспроизвести животному какой-нибудь звук или заставить его прикоснуться к чему-либо и посмотреть, станет ли нейрон с прикрепленным к нему электродом активным.

В большинстве случаев ответ – нет, не станет. Томаш Громадка из лаборатории Тони Задора в Колд-Спринг-Харбор прикрепил электроды к целому набору нейронов в первой части слуховой коры (A1) крысы и обнаружил, что у бодрствующих животных бóльшую часть времени большинство из них молчали [145]. Причем молчали независимо от того, сидело ли животное в тишине или прослушивало чрезвычайно скучную подборку неестественных чистых тонов из динамиков. Воспроизведение звуков вызывало очень слабую реакцию в той части коры головного мозга, которая больше всего реагирует на звук. Дэн О’Коннор, работавший тогда в лаборатории Карела Свободы на кампусе Джанелия, прикрепил электроды к нейронам в том отделе коры головного мозга, который демонстрировал активность, когда мышь использовала усы, чтобы найти столбик перед поилкой [146]. Угадаете, что он обнаружил? Большинство этих нейронов чаще всего молчали. Даже когда вибриссы активно двигались, ощупывая столбик. В других исследованиях экспериментаторы тоже неизменно обнаруживали множество молчащих нейронов во всех слоях коры головного мозга [147].

Теперь мы уже понимаем, что это молчание ни для кого не было секретом. Теоретики давно выяснили, сколько нейронов должно находиться в пределах радиуса регистрации электрода, опущенного в кору головного мозга грызуна. Простая физика говорит, что чем больше расстояние между электродом и нейроном, тем слабее будет сигнал. Мощность сигнала должна падать примерно экспоненциально – сначала быстро, затем медленно – с увеличением расстояния. И можно вычислить расстояние, за пределами которого сигнал станет слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить с помощью вашего оборудования, потому что он будет неотличим от шума. Итак, теоретики вычислили, на каком расстоянии нельзя обнаружить импульсы на фоне шума, если разместить электрод среди совокупности нейронов, упакованных так же плотно, как в коре головного мозга, и подсчитали, сколько нейронов будет располагаться внутри этого радиуса. Ответ: минимум сто [148].

Но когда нейробиологи опускают один электрод в нужное положение, они видят в лучшем случае несколько импульсов от разных нейронов (мы можем определить, что они от разных нейронов, если регистрируемые импульсы постоянно имеют разную амплитуду). Ничего подобного активности сотни нейронов. Даже десятков. Отсюда последовал вывод: большинство нейронов молчат [149].