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

Возьмите срез коры головного мозга и положите его в чашку Петри. Подключите к нему электроды и запишите его активность. Несмотря на то что нейроны в нем не связаны ни с чем, кроме друг друга, и не получают никакой информации из внешнего мира, этот кусочек мозга будет гудеть от активности, регистрируемой в группах нейронов, которые совместно генерируют импульсы [267]. Залейте этот кусочек химическим супом, имитирующим солевой раствор, находящийся в межклеточном пространстве неповрежденного мозга, и нейроны по всему фрагменту спонтанно перейдут в медленный волновой ритм, воспроизводя характерный рисунок чередования серии импульсов и затем паузы между ними каждые несколько секунд [268]. Мы получим забывшийся глубоким сном изолированный кусочек коры. Срезы гиппокампа не только спонтанно разражаются скоординированными сериями импульсов, следующих определенному рисунку, но и самопроизвольно изменяют эти рисунки активности каждые несколько минут [269]. Но погрузите эти срезы в раствор, который блокирует обмен химическими веществами в синапсах между нейронами, и почти все импульсы прекратятся, останется только активность немногочисленных водителей ритма. Во всех этих изолированных участках мозга подавляющее большинство импульсов генерируется сетью связей между нейронами.

Ключевым фактором здесь является обратная связь. Сеть соединенных друг с другом нейронов может поддерживать собственную активность, передавая импульсы между отдельными клетками, создавая новые импульсы исключительно из импульсов, уже циркулирующих в сети. Мы знаем, что нужно мозгу для создания такой обратной связи: ему нужен легион импульсов, чтобы сделать один новый импульс, поэтому обратная связь к каждой клетке должна исходить от множества других; и положительная, возбуждающая обратная связь сама по себе склонна к самовозбуждению, поэтому необходима также и отрицательная, подавляющая обратная связь, чтобы уравновесить это возбуждение. Наше путешествие показало, что такие цепи существуют во всех участках коры головного мозга.

Мы видели, что пирамидальный нейрон, яростно разветвляя свой аксон, отправляет большую часть его отростков клеткам, расположенным поблизости, соединяясь с тысячами соседних пирамидальных нейронов. Как бесстрашные и нетерпеливые исследователи диких неосвоенных земель, мы седлали быстрые импульсы, несущиеся из одной области в другую, меняя их на синаптических переправах между нейронами, поэтому мы нанесли на карту лишь одну из этих связей. Если бы мы были терпеливыми картографами и методично обходили все возможные маршруты, выходящие из нашей отправной точки, мы бы обнаружили, что каждый пирамидальный нейрон находится в центре бесчисленных петель обратной связи.

Начните с одного пирамидального нейрона и следуйте по его аксону до соседнего. Затем следуйте за аксоном этого нейрона к одному из его соседей. И продолжайте путь, отслеживая одну из цепочек связей пирамидальных нейронов. Всегда будет цепочка, которая возвращается к стартовому нейрону. Это может быть отросток аксона непосредственно от следующего нейрона, дающий немедленную обратную связь; это может быть на три, пять или десять нейронов позже. Но мы всегда сможем пройти полный круг и вернуться к началу. Таким образом, посылая импульс, пирамидальный нейрон создает себе возможность снова возбудиться в самом ближайшем будущем.

Только возможность, потому что большинство петель не обеспечат фактической возбуждающей обратной связи, импульса, который вернется к стартовому нейрону. На многих нейронах во многих из этих петель не будет достаточного количества входящих сигналов, пришедших примерно в это же время, чтобы превысить критический уровень и вызвать отправку результирующего импульса. И даже если все совпадет и этот импульс все же будет отправлен, мы знаем, что в любом синапсе возможен сбой, который приведет к разрыву цепи. Тем не менее мы можем гарантировать, что этот импульс найдет путь назад, потому что количество петель обратной связи – астрономическое, почти не поддающееся подсчету.