Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис
Дальний путь: магистрали «что» и «как»
Мы проследили за многими клонами нашего импульса по пути к их месту назначения, наблюдая, как они, проносясь по своим ветвям, совершают прыжки через синаптические щели, бомбардируют синаптические окончания дендритов нейронов на другой стороне молекулами нейромедиатора, которые захватываются их рецепторами и превращаются во всплески напряжения, затем бегущие вниз по их дендритам до их тел. Но сами мы пролетели по аксону вперед и вверх, во второй и третий слои зрительной коры, и нам тоже пора совершить прыжок. Мы перепрыгиваем через синаптический промежуток в пирамидальную клетку второго слоя, видим вдали знакомое мерцание электрического потенциала в ее дендритном дереве и скользим вместе с ним вниз к телу нейрона, где соединяемся с каскадом других всплесков, совместно подталкивая нейрон к критическому уровню, чтобы заставить его создать новый импульс. За ним-то мы и последуем, отслеживая его клоны через сотни ветвей аксона этой пирамидальной клетки.
Теперь мы пройдем по цепочке между слоями коры головного мозга. Отсюда можно проследить за клонами нашего импульса, пересекающим по ветвящимся аксонам второй и третий слои кортекса, чтобы приземлиться на кончики дендритов пирамидальных клеток из пятого слоя, длинные и тонкие ветвящиеся стволы которых образуют лесной полог вокруг нас. Или мы можем последовать за клонами, ныряющими по аксону обратно через четвертый слой, чтобы попасть на дендриты пирамидальных клеток шестого, в нижнюю часть кортикального пирога.
Прослеживая эту схему связей четвертого слоя со вторым и третьим на пути вверх и пятым и шестым на пути вниз, мы встретимся со всеми тремя типами пирамидальных нейронов коры головного мозга [90]. Все они используют глутамат в качестве нейромедиатора, поэтому возбуждают нейроны, к которым подключены; все они соединяются с нейронами одного и того же типа в пределах собственного слоя. Разница в том, куда уходят их аксоны. В пятом слое мы видим, как некоторые из клонов нашего импульса поступают на вход нейронов пирамидального пути, направляющих длинные ветви своих аксонов через весь мозг, вниз к стволу, а некоторые и еще дальше, в спинной мозг. В шестом слое другие клоны нашего импульса поступают на кортикоталамические нейроны, их аксоны опускаются из коры головного мозга в крошечный кусочек среднего мозга, называемый таламусом, чьи нейроны рассылают аксоны по всей коре больших полушарий, создавая сложные петли обратной связи. И во всех слоях (кроме первого) находятся кортико-кортикальные нейроны, ветви аксонов соединяют различные области в пределах коры головного мозга, отправляя импульсы далеко-далеко, из области в левом полушарии на другую сторону мозга, в правое. Такие же нейроны, как тот, из которого были отправлены наши импульсы.
Пока мы игнорируем клонов, которые поступают на нейроны, отправляющие свои сигналы за пределы коры головного мозга, – вернемся к ним позже (гораздо позже, в 8-й главе). Мы несемся вниз по длинной ветви аксона от пирамидального нейрона во втором слое; вниз мимо четвертого слоя; минуем пятый; пролетаем последний, слой номер шесть; и уходим в белое вещество, где резко поворачиваем на 90°, чтобы влиться в мощный поток, несущийся по супермагистралям аксонов, пересекающих кору головного мозга.
Что касается зрения, десятилетия работы позволили описать две из этих магистралей в мельчайших деталях: шоссе «что» и шоссе «как» [91] (рис. 4.2). Отправленный по одной из этих магистралей аксонов, наш импульс будет переходить из области в область, чтобы помочь создать сообщение «что?». Импульсы, несущие сообщения об изгибах, краях, коричневом, белом и т. д., собираются вместе, чтобы создать образ единственного оставшегося печенья с грушей и шоколадом в коробке, стоящей на краю стола, в соблазнительных пределах досягаемости вашей руки. Области, через которые проходит наш импульс, двигаясь по другому шоссе, будут создавать сообщение «как?» – о том, что вам нужно знать, чтобы достать его. Эти импульсы несут информацию о расстояниях, размерах и движениях краев и изгибов вокруг вас, чтобы показать, что теоретически вы можете переместить свою руку так, что она достигнет печенья, и при этом развести пальцы достаточно широко, чтобы схватить его.
Рисунок 4.2. Зрительные магистрали коры головного мозга. Информация из глаз поступает в V1, а затем расходится оттуда дальше по двум магистралям аксонов, которые соединяются с зрительными областями коры. Каждый переход между областями – это погружение аксона в белое вещество, чтобы снова подняться в кору в следующей области.
Шоссе «Что?»
V1 остается позади. Мы покидаем белое вещество по аксону, поднимающемуся во вторую область коры головного мозга, отвечающей за зрение, под еще одним оригинальным названием – V2. Сразу предупреждаю: это предел фантазии нейробиологов. Впереди нас ждет множество областей коры головного мозга, известных по однозначно идентифицирующим их сочетаниям букв и цифр, как если бы они были заключенными мозговой тюрьмы: «Зона 7А! Немедленно явиться в офис начальника тюрьмы».
В V2 мы следуем за импульсом через синаптические промежутки в пирамидальные нейроны, распознающие соединенные между собою края, которые находятся следом друг за другом и касаются друг друга в определенной части видимого пространства. Это нейроны, которые будут создавать импульсы, получив информацию о длинном участке боковой стороны полуоткрытой крышки коробки, или другие нейроны, которые будут реагировать на угол, образованный краями там, где встречаются крышка и коробка.
Опять же, то, на что реагирует нейрон в V2, определяется тем, что ему будет сообщать легион импульсов, пришедший на его входы. Наш импульс – легионер когорты, прибывшей из V1, от простых и сложных клеток, получающих входящие сигналы от соседних точек видимого пространства, и все они поступают к одному и тому же нейрону в V2 [92]. Итак, если бы вы были нейроном, получающим входящие сигналы, сигнализирующие о наличии краев, расположенных под одинаковыми углами рядом друг с другом в видимом пространстве внешнего мира, что бы вы сделали? Совершенно верно: вы постарались бы соединить эти края в одну линию. Каждый нейрон из V2 воспринимает больший кусок видимого пространства, чем любой нейрон, мимо которого мы прошли в V1, потому что он интегрирует входы от нейронов V1, а те смотрят на разные части.
В итоге многие нейроны в V2 видят то, что нейронам V1 недоступно, – текстуру. Мы можем разделить видимый мир на «предметы»
