Вселенная. Происхождение жизни, смысл нашего существования и огромный космос

Недавно нейрофизиологам удалось непосредственно наблюдать, как у мышей растут новые нейроны и как они соединяются по мере того, как мыши обучаются выполнять новые задачи. Впечатляет (или раздражает — в зависимости от вашей точки зрения), что удалось стереть у мышей некоторые воспоминания, ослабив конкретные синапсы, и даже искусственно внедрить мышам ложные воспоминания, непосредственно стимулируя конкретные нервные клетки электродами. Воспоминания — это физические сущности, которые находятся у вас в мозге.

Коннектома напоминает политическую карту мира. Такой карты далеко не достаточно, чтобы понимать политику, но знание содержащейся на ней информации — важный аспект более крупной задачи. Имея хорошую карту, всё равно можно заблудиться, но в то же время она может помочь вам добраться домой.

* * *

Одно из важнейших свойств мозга заключается в том, что мозг — не просто серая масса связанных нейронов. Коннектома — это сеть, причём сеть иерархическая; нейроны связаны друг с другом в группы, эти группы также связаны друг с другом, вплоть до целого мозга. Бурная работа сознания, где объединяются различные ментальные модули, работающие на вход и на выход и формирующие человеческое «я», отражается на работе мозга. Каждая из различных зон мозга отвечает за решение собственных задач, но лишь в результате их объединения возникает сознательная личность.

В пользу этого факта свидетельствует ряд доказательств, и некоторые из них были получены при изучении бессознательных состояний: например, когда мы спим или находимся под наркозом. Так, в ходе одного из исследований проводилась слабая магнитная стимуляция отдельных зон в мозге пациента. Затем эффекты сигнала измеряли по мере того, как они распространялись по мозгу. Когда пациент был в сознании, сигнал индуцировал реакции сразу во всём мозге, а в бессознательном состоянии реакции ограничивались небольшой областью поблизости от места первичного стимула. Подобные результаты представляют далеко не только академический интерес: врачи давно пытались ответить на вопрос, полностью ли отсутствует сознание у пациента, находящегося под наркозом или получившего черепно-мозговую травму, либо пациент просто не может двигаться и контактировать с окружающим миром.

Утверждая, что коннектома представляет собой иерархическую сеть, мы подразумеваем, что она обладает некоторой связностью в промежутке от максимальной (каждый нейрон коммуницирует со всеми остальными нейронами) до минимальной (каждый нейрон коммуницирует только со своими ближайшими соседями). Насколько можно судить, коннектома является примером сети из разряда мир тесен (small-world network). Название взято из знаменитого эксперимента о шести рукопожатиях, поставленного психологом Стенли Милграмом. Он обнаружил, что произвольно отобранные жители города Омаха, штат Небраска, связаны с конкретным человеком, живущим в Бостоне, штат Массачусетс, цепочками примерно по шесть прямых знакомств в каждой. В теории сетей принято говорить, что сеть относится к категории «мир тесен», если большинство её узлов не связаны друг с другом, но от любого узла до любого другого можно добраться за небольшое число переходов.

Именно это наблюдается в коннектоме. Нейроны обычно соединяются с близлежащими нейронами, но есть и такие связи, которые простираются достаточно далеко. Структуры из категории «мир тесен» возникают во многих контекстах: между вебсайтами, в электросетях, в системах личных знакомств. Это неслучайно: по-видимому, такая организация оптимальна для решения определённого класса задач, поскольку позволяет выполнять обработку локально, а её результаты быстро распространять по всей системе. Кроме того, такая система устойчива; разрыв нескольких соединений существенным образом не повлияет на её работоспособность. Это отлично подходит для общающихся зон нашего мозга.

О сети из разряда «мир тесен» можно сказать, что она «структурирована в любом масштабе». Это не просто клубок нейронов, соединённый с другими такими клубками. Нет, нейроны объединяются в группы, эти группы объединяются с другими подобными группами, те объединяются в ещё более крупные группы и т. д. Судя по некоторым признакам, такое расположение описывает не только пространственную организацию коннектомы, но и распределение мозговых сигналов во времени. Слабые сигналы срабатывают относительно часто, средние — реже, а очень сильные — относительно редко.