Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис
Вокруг нас нейроны V2 отправляют импульсы про шершавый картон, гладкий рабочий стол, зернистый черный пластик задней панели монитора напротив. Эти первые нейроны в V2 кратко описывают общее направление нашего путешествия по областям коры головного мозга, связанным со зрением: на каждой остановке нейроны будут объединять и преобразовывать входящие данные из области, которую мы только что покинули, создавая все более сложные представления о видимом мире.
Это становится предельно ясно, когда, повторив наше путешествие через слои V2 и обратно в белое вещество, мы поднимаемся в следующую важную область зрительной коры, V4 (да, в зрительной коре есть область V3; нет, мы не знаем, что она делает). Нейроны, с которыми мы здесь встретимся, реагируют на четкие контрасты между передним и задним планами: их интересуют цвета [95].
Мы преодолеваем синаптическую щель и оказываемся на дендрите нейрона, который важен для вашей миссии по поиску быстрого перекуса перед собранием. Нейрон, активность на входе которого означает, что он различает овсяно-коричневый цвет поверхности печенья, контрастирующий с темно-коричневым цветом внутренностей коробки. Нейрон, чьи сообщения будут иметь решающее значение для идентификации этого набора краев, кривых и контрастов как соблазнительного кусочка столь желанной еды.
Чтобы понять, откуда этот нейрон знает, что такое коричневый цвет, нам нужно вернуться к началу рассказа о зрительной системе. К колбочкам в сетчатке, которые приостановили высвобождение молекул-сообщений, поглотив фотоны, отраженные от печенья, или коробки, или стола. С них началась вся эта неразбериха. Как вам уже известно, колбочки бывают трех типов, соответствующих трем длинам волн света, на которые они реагируют, – для удобства мы назовем их «красными», «зелеными» и «синими». (Строго говоря, «красный» – это просто название, которое мы дали этому диапазону длин световой волны в нашем повседневном языке, и «красную» колбочку правильнее называть «чувствительной к длинноволновой части спектра колбочкой», но печатать это так же утомительно, как и читать, так что пусть будет «красная». Ах да, и эта длина волны в любом случае не красного цвета, как вы скоро узнаете.)
Каждый из трех типов колбочек находится в начале своего канала передачи информации через структуру сетчатки и отправляет сигнал в мозг через ганглиозные клетки. Каждый из трех каналов передает всю ту информацию, которую обрабатывает сетчатка: «красный» on-ответ и off-ответ, «красный» тусклый или яркий – «красный» для всех каналов. Нейроны в V1 реагируют и на комбинированные версии этих трех колбочек [96]. Таким образом, некоторые нейроны V1 посылают импульсы только на «синий», другие – на сумму «красного» и «зеленого», на разницу между «красным» и «зеленым» и множество других комбинаций и смесей этих трех цветов.
Но на данный момент это не те цвета, которые мы знаем. Это просто реакции на свет определенной длины волны, отраженный от объекта, и они будут возникать независимо от того, является фактический цвет объекта белым, красным или ярко-розовым. Да, «синие» нейроны в V1 будут посылать импульсы, если в их части видимого пространства окажется брелок на ключах вашей коллеги Дженис – синий тролль с розовыми волосами, – потому что естественный свет содержит все длины волн, «красные», «зеленые» и «синие». Так что свет со всеми длинами волны будет отражаться от игрушки и попадать в глаз. Ключевым моментом является то, насколько сильно отражается каждая длина волны [97]. Свет, падающий на объект, содержит определенную смесь «красного», «зеленого» и «синего». Цвет – пропорция этой смеси, отраженной в глаз: если в смеси исходного света преобладают «синие», как в вашем офисе, залитом мерцающим люминесцентным светом, но отраженный свет содержит пропорционально больше «красного», чем в исходной смеси, мы видим красный цвет.
(Эту мысль стоит повторить еще раз: цвет – это не длина волны видимого света. Цвет – это доля отраженного света на этой длине волны по сравнению с общим количеством падающего света на этой длине волны. Не волнуйтесь, Ньютон тоже решил, что это длина волны, и был неправ. И я так когда-то думал, но это не так важно.)
Все это решают нейроны V4. Мы прибыли с легионом импульсов, исходящих от нейронов в V1 (и V2), каждый из которых реагирует на одну из комбинаций канала от колбочки к зрительной коре. Количество посылаемых ими импульсов сигнализирует о том, сколько в их поле зрения присутствует подходящих комбинаций. Некоторые будут посылать слабые сигналы, по несколько импульсов, потому что их комбинация улавливает мало отраженного света; другие будут посылать сильные сигналы, потому что их комбинация улавливает много отраженного света. Получая больше двух из этих комбинаций, нейроны в V4 могут сравнивать сигналы и определять «цвет»: какие комбинации длин волн отражаются сильно, а какие – слабо. Нейрон из V4, в который мы прибыли вместе с импульсом, – тот, который реагирует на цвет печенья, – должен получить сигналы со всех трех типов колбочек по всем трем каналам: аппетитную смесь из 74 % отраженного «красного», 55 % отраженного «зеленого» и 38 % отраженного «синего», то есть примерно овсяно-коричневый цвет.
У нас едва хватает времени, чтобы опомниться, прежде чем ухватиться за следующий импульс, созданный этим нейроном из V4, и вместе с ним стремительно унестись по еще одному аксону, снова совершить круг по всем слоям, пока наши клоны разлетятся во все стороны на каждой развилке, и снова погрузиться в белое вещество.
Мы вновь появляемся в середине височной доли, среди массы мозговой ткани, которая занимается формами [98]. Наш импульс – это часть легиона, пришедшего на пирамидальный нейрон, который будет собирать воедино сообщения, которые мы и другие импульсы несем о частях длинной зубчатой дуги, расположенной в пространстве перед нами, чтобы опознать
