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

Моя лаборатория обнаружила то же самое в записях активности нейронов префронтальной коры крыс, бегающих по Y-образному лабиринту [159]. В каждом сеансе обучения в лабиринте наши сотрудники вели регистрацию активности от 12 до 55 нейронов. Все эти нейроны были активными или по крайней мере не темными, поскольку мы вели записи с обычных электродов. Тем не менее в каждом сеансе обычно только один или два нейрона по-разному реагировали на события, происходящие в мире вокруг крысы. Только один или два отправляли разное количество импульсов в зависимости от того, выбрала ли крыса левый или правый коридор; получила ли крыса награду на конце выбранного коридора; горит ли свет в конце коридора. Казалось, что большинству активных нейронов префронтальной коры просто наплевать на то, что происходит (но им совсем не наплевать, а чем они были заняты, я расскажу в следующей главе).

Вы можете спросить: что в этом случае значит «реагировать»? Этот безобидный вопрос открывает глубочайшие бездны. Обычно это означает, что нейрон отправил разное количество импульсов в одном случае по сравнению с другим. Например, коснулся усик столбика или нет. Побежало животное влево или вправо. А «различие» определяется установкой порогового значения, поскольку обычно ставится вопрос, проходит ли разница в количестве отправленных импульсов в этих двух случаях какой-либо статистический тест. Так ученые пришли к общепризнанному мнению, что в коре есть разные функциональные типы нейронов. Что нейроны по всей коре головного мозга либо реагируют на стимул X, либо нет. Что нейроны в V1 представляют собой либо простые клетки, либо сложные. Что нейроны слуховой коры либо настроены на определенную группу частот, либо нет. Нейроны соматосенсорной коры либо настроены на прикосновение пальца к поверхности, либо нет. Нейроны в моторных зонах коры головного мозга либо реагируют на скорость движения руки, либо нет. Нейроны префронтальной коры либо реагируют на ценность вознаграждения, либо нет.

Но, как мы с Адриеном Ворером и Кристианом Махенсом поняли в 2013 году [160], произвольное обозначение нейронов как «отвечающих» или «не отвечающих» в соответствии с некоторым статистическим «порогом срабатывания» ошибочно. Оно разбивает на две группы непрерывный континуум реакций от практически несущественной через слабую, умеренную и среднюю до бурной. То есть мы всегда можем провести разделительную линию и разбить непрерывный континуум на две условно разные группы. А это в свою очередь означает, что на самом деле в природе не существует четко разграниченных «типов» нейронов, которые мы можем определить по их реакции на мир. Можно привести множество примеров, когда очевидных типов нейронов не существует; областей, в которых нейроны принадлежат к непрерывному континууму в зависимости того, как они изменяют свои потоки импульсов. Мы уже наблюдали в первичной зрительной зоне V1, что простые и сложные клетки принадлежат такому континууму. В префронтальной коре головного мозга обезьяны, касающейся вибрирующего кусочка металла, сформируется непрерывный континуум нейронов, в различной степени реагирующих на частоту вибрации [161]. В теменной коре крысы, принимающей решение сворачивать влево или вправо на основе количества звуковых щелчков или вспышек света, как предпочтения нейронов, отвечающих за принятие решения о направлении, так и степень реакции нейронов, отвечающих за восприятие щелчков и вспышек, являются элементами континуума [162].

Все это означает, что темные нейроны второго типа находятся на одном из концов континуума ответственности. Они практически не меняют своей активности в зависимости от событий во внешнем мире, точнее, изменения их активности слишком малы, чтобы их можно было зарегистрировать доступными методами. Но неужели эти изменения слишком слабы и для того, чтобы их могли уловить другие нейроны мозга? В конце концов, что если эти слабые изменения в потоке импульсов произойдут во многих нейронах одновременно? Чтобы ответить на этот вопрос должным образом, пора обратиться к самому глубокому вопросу нейробиологии – значению импульса.

Глава 7 Значение импульса

Счетчики и таймеры

На протяжении почти столетия между сторонниками гипотез Счетчика и Таймера велась война относительно значения импульса [163].

Счетчики полагают, что нейрон посылает свои сообщения в виде определенного количества отправленных импульсов. Согласно их представлениям, имеет значение только их число. Таймеры считают, что нейрон посылает сообщения, отправляя импульс в определенный момент. Значение импульсов состоит в том, когда именно они возникают, особенно по отношению друг к другу.

Эта война занимала наши лучшие умы с тех пор, как в 1920-х годах лорд Эдгар Адриан, Джозеф Эрлангер и другие ученые зарегистрировали первые импульсы. Доказательства у обеих сторон внушительные.

Счетчики