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

Успешность наших попыток заглянуть в магический кристалл серьезно зависит от постановки вопроса. Проще всего предсказать, какие данные об импульсах мы получим в ближайшем будущем, поскольку мы можем взять текущие тенденции в технологиях, рассмотреть существующие концепции и экстраполировать их. Сложнее предсказать, какую информацию будут содержать эти новые данные. Еще сложнее предсказать, что они будут для нас означать. Но мы можем спрогнозировать, какие новые направления мы хотели бы исследовать. А мы хотели бы исследовать все, что лежит за границами описанного в этой книге, потому что мы ничего об этом не знаем – импульсы, лежащие в основе расстройств мозга и мыслительных процессов человека. Но чтобы хотя бы иметь возможность изучать их, нам нужно сначала попробовать сделать экстраполяцию существующих технологий.

Движущей силой золотого века системной нейробиологии является позитивный накал технологической гонки вооружений – стремления фиксировать как можно больше импульсов от как можно большего числа нейронов одновременно. Действительно, в нейробиологии есть собственный эквивалент закона Мура [314]: количество одновременно регистрируемых сигналов индивидуальных нейронов удваивается каждые несколько лет. В 2011 году прогнозировалось, что количество регистрируемых нейронов будет удваиваться каждые 7,4 года; в начале 2020 года, по прогнозам, темп удвоения составлял 6,4 года [315]. Нет никаких признаков снижения этого темпа.

Зонд Neuropixels прекрасно иллюстрирует, как происходит это удвоение. Впервые он появился в 2017 году, представляя собой что-то вроде авторучки, из которой выдвигается тонкая силиконовая полоска, глубоко вставляемая в мозг животного и настолько плотно заполненная контактными площадками, что каждый зонд может регистрировать отдельные импульсы, исходящие от двух сотен нейронов [316]. Если имплантировать несколько таких зондов в один мышиный мозг, можно получить возможность регистрировать активность до 1000 нейронов одновременно [317]. Это позволяет записывать нейроны, рассредоточенные по всему мозгу. Поскольку эти зонды длинные, а кора головного мозга грызуна имеет толщину менее миллиметра [318], 10-миллиметровая силиконовая полоска проходит глубоко в мышиный мозг, записывая импульсы из многих областей, которые до сих пор никогда не регистрировались вместе в одно и то же время [319].

Это позволяет сделать простой, но многозначительный прогноз о том, что станет с нашим пониманием импульсов в ближайшем будущем: оно снова будет перевернуто с ног на голову. Выполняя запись из множества областей мозга одновременно, мы наверняка опровергнем множество хороших теорий о том, что часть мозга X отвечает за выполнение действия Y. Когда мы сможем видеть импульсную активность во многих областях мозга одновременно, мы, скорее всего, обнаружим, что многие регионы вовлечены в одно и то же действие – в принятие решений, движение, запоминание, восприятие – и, что очень важно, многие из этих регионов даже не находятся в коре головного мозга. На самом деле мы можем оказаться на пороге нового взгляда на мозг, менее ориентированного на первенство кортекса в его высших функциях.

Если быть более конкретными, мы можем сделать два довольно уверенных прогноза относительно тех типов данных, на которые можно рассчитывать в ближайшем будущем. Первый – это просто регистрация большего количества импульсов от большего количества нейронов одновременно, чем мы могли представить всего десять лет назад. Существующая технология визуализации кальция в нейронах дает намек на то, сколько импульсов мы можем различать. Верхними пределами этой технологии будет визуализация около десяти тысяч нейронов одновременно у млекопитающих и десятков тысяч у мальков рыбок данио [320]. (Почему рыбки данио? Потому что у них полупрозрачные головы! Светящееся химическое вещество в их мозгу можно просто снимать на видео снаружи.) Визуализация кальция напрямую не регистрирует импульсы; она фиксирует более медленные изменения концентрации кальция внутри тела нейрона, вызванные импульсами. Это полезная информация об импульсной активности, но она не обеспечивает четкого и однозначного соответствия между генерацией импульса и изменением концентрации кальция [321].

Тем не менее развитие технологии визуализации кальция означает, что мы уже разработали весь необходимый нам набор технических средств – микроскопы, системы перемещения камер, программное обеспечение для анализа – для записи изображения активности многих тысяч отдельных нейронов. Итак, все, что нам теперь нужно сделать, – это заменить химическое вещество, чтобы яркость свечения, которая пропорциональна концентрации кальция, была пропорциональна и электрическому потенциалу в теле нейрона. Тогда в принципе мы получим возможность визуализировать импульсы тысяч нейронов.

И мы уже (почти) можем это сделать.