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

Как мы узнали в начале нашего пути, импульс рождается из быстрой последовательности открытия и закрытия каналов в мембране клетки. Каналов двух типов: тех, через которые в тело клетки проникает натрий, и тех, через которые из нее откачивается калий. Эта последовательность запускается, когда электрический потенциал нейрона достигает своей критической точки. Таким образом, для того чтобы нейрон создавал собственные спонтанные импульсы без участия других нейронов, его электрический потенциал должен возрасти до критического значения сам по себе. Для этого у нейронов, которые умеют сами поддерживать активность, имеются специальные каналы в мембране, которые обеспечивают создание петли положительной обратной связи; когда напряжение в теле нейрона падает в конце цикла создания импульса, эти специальные каналы медленно открываются, позволяя положительным ионам постепенно накапливаться в нем и снова повышая его потенциал до критической точки, превышение которой порождает еще один импульс и запускает весь процесс заново. Это в точности такой же механизм, как тот, который управляет постоянной пульсацией водителей сердечного ритма, клеток синоатриального узла, чьи спонтанные тактовые импульсы заставляют ваше сердце ритмично сокращаться, поддерживая в вас жизнь.

Мы находим подобные нейроны – водители ритма – по всему мозгу. Они присутствуют во всех частях базальных ганглиев, а не только среди выходных нейронов: хитроумно названное субталамическое ядро (nucleus subtalamicus – участок мозга, спрятанный под таламусом) и бледный шар (globus pallidus) полностью состоят из нейронов – водителей ритма; полосатое тело словно пронизано гигантским интернейроном, задающим ритм [263]. Жизненно важным является ряд водителей ритма, расположенных в мезенцефалоне, среднем мозге, который вырабатывает нейромодуляторы. Бесконечные серии их спонтанных импульсов доставляют свежий запас серотонина, норадреналина и дофамина по всему мозгу. Мы уже сталкивались с примером того, насколько они важны: потеря постоянного источника поступления дофамина в полосатое тело известна как болезнь Паркинсона. Нейроны, отвечающие за ритм, также в больших количествах появляются на очень раннем этапе развития мозга в коре, в сетчатке и в других местах, управляя спонтанной активностью, которая направляет рост нейронов и создание связей [264]. Хотя большая их часть исчезает вскоре после рождения, есть отчеты, что изредка нейроны – водители ритма встречаются даже в развитой коре взрослых мышей [265].

Помимо этих нейронов, задающих ритм и способных полностью самостоятельно генерировать импульсы, есть другие типы нейронов – многословные, болтливые нейроны, которые генерируют больше импульсов, чем требуется [266]. Некоторые нейроны создают импульс после выхода из состояния торможения. Когда они приходят в норму, восстанавливаются после подавления, они отправляют импульс, объявляя всему миру: «Я свободен!» Некоторые болтливые нейроны посылают целую серию импульсов после достижения критического потенциала, опять же благодаря специфическим каналам в мембране, которые открываются первым импульсом и позволяют положительным ионам накапливаться некоторое время, многократно подталкивая напряжение в его теле выше критического уровня для генерации импульса. В коре тоже есть некоторые из этих многословных нейронов, которые могут по-разному проявлять активность, но при этом умеют проявлять ее без внешних подсказок.

Однако спонтанные импульсы, отправленные в отсутствие входящих данных, создают неструктурированную активность, при которой каждый нейрон выполняет свои собственные независимые действия. И за исключением, возможно, очень ранних стадий развития мозга, этой независимой активности недостаточно, чтобы постоянно создавать импульсы по всей сети нейронов. Редких водителей ритма и неумолчных болтунов в коре недостаточно, чтобы вызвать ту спонтанную активность, которую мы наблюдали на протяжении всего нашего путешествия. Нет; источником большей части спонтанной активности является сама сеть.

Обратная связь