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

И за пределами этого локального распараллеливания весь мозг – это огромный монстр параллельных вычислений. Вне нашего маршрута осталось еще так много областей мозга, которое мы не смогли посетить. Импульсы от сетчатки направляются прямо в ствол мозга, чтобы ваши глаза совершали саккады – быстрые согласованные движения, позволяющие сканировать пространство на предмет внезапного появления в поле зрения нового, важного и потенциально голодного объекта. Импульсы, отправляемые в гиппокамп и окружающие его структуры, несут воспоминания об аналогичных инцидентах, связанных с необходимостью экстренного повышения уровня сахара в крови перед скучным и длинным общим собранием, формируют воспоминания об инциденте с печеньем и отслеживают, где вы находитесь в офисе. Импульсы, которые отправляются в миндалевидное тело, готовят его к тому, чтобы извлечь урок из любого неудачного исхода эскапады с печеньем. Импульсы отправляются в таламус, мозжечок, латеральное серое вещество, гипоталамус – повсюду. Импульсы рассылаются по всему мозгу, чтобы вычислять разные вещи, предлагать разные решения, и все это делается параллельно.

Мозг параллелен на всех уровнях, от простейших связей, исходящих от одного нейрона, до маршрутов обработки информации через множество участков. Такая параллельная обработка решает одну часть проблемы ограничения скорости: нужно делать все сразу, разделяя мир на потоки и вычисляя каждый его элемент параллельно и одновременно. Но это не решает основную проблему ограничения скорости: вычисление каждого отдельного элемента – превращение пикселей света и тьмы в печенье для принятия решения о начале движения – все еще происходит последовательно.

В течение одной секунды большинство нейронов все еще не успевают создать импульс. А те немногие, что успевают это сделать, могут отправить сравнительно небольшое количество. И даже тогда последние из этой отправленной последовательности достигнут своих целевых нейронов уже после того, как эти нейроны отправили собственные импульсы. Как же тогда получается, что импульсы от глаза оказываются во фронтальной зрительной коре менее чем за 150 миллисекунд? Нам нужно найти другое решение.

Спонтанность ради выживания

Представьте, что тело должно было бы ждать, пока импульсы от сетчатки образуют легион импульсов в первичной области зрительной коры, чтобы он в свою очередь образовал легион импульсов во вторичной визуальной зоне, и так последовательно на всех остальных участках долгого пути к моторным нейронам в спинном мозге. Это займет десятки секунд, возможно, даже минуты.

У вашего тела нет времени сидеть и ждать, пока на каждом шагу с нуля будут созданы легионы импульсов. Сидеть и ждать – прямой путь к тому, чтобы быть съеденным. Как же тогда импульсы превращают ощущения в действия – поднимать, хватать, бежать, принимать решения – достаточно быстро, чтобы тело могло выжить?

Я считаю, что все дело в спонтанных импульсах. Они – способ мозга обойти скоростные лимиты и разобраться с главной проблемой – проблемой выживания. Тело не должно ждать их создания, потому что они и так уже есть. И поскольку они уже есть, их можно поставить на службу выживанию.

Спонтанные импульсы способны помогать нейронам быстрее реагировать на внешний мир. Оставленный на собственное усмотрение, не подверженный бомбардировке входящими сигналами, пирамидальный нейрон по умолчанию будет иметь значение электрического потенциала в своем теле намного ниже критической точки, необходимой для генерации импульса. Требуется несколько сотен входящих импульсов, чтобы из состояния покоя достичь потенциала, достаточного для генерации одного выходного импульса от этого единственного нейрона (глава 3). И это даже не считая вампирических ГАМК-синапсов, подавляющих попытки довести нейрон до критической точки. Как и вы, лениво дремлющий нейрон медлителен при пробуждении из состояния полного покоя и склонен снова засыпать без постоянного сигнала тревоги.

Но что, если напряжение в теле нейрона уже близко к критической точке? Тогда ему нужно получить всего несколько дополнительных входящих импульсов, чтобы создать новый. Он сможет посылать импульс почти мгновенно. Если эти несколько дополнительных всплесков потенциала в его теле вызваны чем-то, произошедшим во внешнем мире, нейрон может почти мгновенно отреагировать на этот вызов. И как нейрон может удерживаться вблизи своей критической точки, ожидая, когда появятся импульсы, вызванные событиями в мире? Правильно: спонтанные импульсы, вызывающие скачки потенциала во многих нейронах, повышающие их напряжение все ближе к критическому. Вихрь спонтанных импульсов в большой нейронной сети может гарантировать, что всегда есть нейроны, близкие к своей критической точке. Таким образом всякий раз, когда в этот контур поступают новые импульсы, несущие сообщения о внешнем мире, эти нейроны могут отреагировать на них почти мгновенно, посылая в ответ свои собственные импульсы, отправляя информацию дальше.