Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис
Чуть ниже от того места височной доли, где мы находимся, собрались нейроны, которые имеют дело с формами, больше всего волнующими людей, – чертами человеческих лиц. И вас они сейчас тоже очень волнуют, потому что позволяют ответить на важный вопрос: смотрит ли кто-нибудь на меня, пока я смотрю на это печенье? Из V1 через V2 – простые, но уникальные признаки – контуры носа, бровей, подбородка, линии рта, изгиба скул. Соедините их с цветами из V4 – розовые губы, окруженные серой щетиной на бледной коже, – и вот перед вами Грэм. Он в дальней части офиса, лицо повернуто к вам, глаза устремлены к потолку. Грэм лениво размышляет о смысле жизни.
С моей стороны было бы упущением не заметить, что путешествие нашего импульса также имеет решающее значение для того набора форм, которые волнуют только людей: письменности. Буквы – это края, линии и углы. Зрительная система очень любит надписи. В V4 группа нейронов всего в нескольких миллиметрах от того места, где мы были, посылала собственные импульсы, чтобы сигнализировать о наборе краев, расположенных непрерывно по прямой, потом по прямой под углом 90° и еще одной прямой, которая заканчивается примерно на одной линии с ее начальной точкой. Это было реакцией на толстую черную линию перевернутой буквы «П» в слове «печенье», контрастирующую с тусклой коричневой крышкой. Рядом с ними нейроны реагируют на края, образующие непрерывные кривые, которые начинаются и заканчиваются почти в одном и том же месте: буквах «е». Третьи возбуждаются от коротких прямых, пересекаемых еще одной прямой, – важнейшая буква «н». Чтение – это в первую очередь упражнение для зрительной системы, когда вы собираете воедино множество краев, кривых и углов в отдельные формы – буквы, а эти формы – в комбинации форм, слова. Легионы импульсов проносятся между нейронами, пока вы читаете это предложение.
Шоссе «Как»
Покидая V1, мы пропустили поворот. По мере того как аксон нейрона V1 разветвлялся, мы следовали за одним из клонированных импульсов, устремившимся вниз в белое вещество и к нейрону в V2, в начале вентрального пути – шоссе «Как». Но последуй мы за другим клоном и сверни на этой развилке на другой съезд, дорога привела бы нас к нейрону V1 в начале шоссе «Как».
Уникальной особенностью шоссе «Как» – или дорсального пути – является выполнение расчетов движения. Некоторые простые и сложные нейроны в V1 различают локальное движение [99]. У каждого из них есть свои настройки в отношении определенного угла (или углов) линий определенной толщины в определенном месте видимого мира. Но частота их исходящих импульсов резко возрастает, когда эти формы, составляющие границу между светом и тенью, движутся, перемещаясь перпендикулярно к направлению угла их настройки. Это означает, что если такой избирательный по направлению нейрон в V1 регистрирует края, расположенные под 45° к вертикали, то он будет посылать больше всего импульсов, когда этот край света и тени из верхнего левого угла пройдет в нижний правый угол крошечного участка мира, который он может распознавать. И эти чувствительные к направлениям нейроны собирают свои аксоны в магистраль, которая является началом шоссе «Как».
Начинаясь в V1, шоссе «Как» также проходит через V2 и V4, но через нейроны, отличающиеся от тех, к которым мы заезжали, путешествуя по шоссе «Как», – их роль нам, честно говоря, пока не совсем понятна. (Мы можем сделать некоторые обоснованные предположения. Учитывая, что вентральные нейроны V2 реагируют на соединенные между собой границы, образующие длинные линии, было бы логично, если бы дорсальные нейроны V2 реагировали на соединенные границы, движущиеся в определенном направлении.) Первая уникальная остановка на шоссе «Как» будет также и единственной, о функции которой мы знаем больше всего: область V5 или, как фамильярно называют ее близкие друзья, зрительная зона MT.
Нейроны зоны MT собирают картину воедино, реагируя на глобальное движение по всему полю зрения. Некоторые нейроны МТ реагируют на набор границ и поверхностей, одновременно движущихся слева направо, другие – снизу вверх и т. д. Эта чувствительность МТ-нейронов к глобальному движению в определенном направлении, вероятно, происходит из-за того, что они суммируют сигналы о перемещении простейших граничных элементов, поступающие в область МТ от нейронов V1 (и V2) [100]. Представьте, что мы находимся в одном из МТ-нейронов и смотрим на легион сигналов, которыми бомбардируют его избирательные по направлению нейроны из V1. В этом легионе будут импульсы от нейронов V1, которые регистрируют все возможные направления движения, и каждый нейрон V1 будет передавать информацию о происходящем в крошечном пикселе его видимого мира. В совокупности этот легион входящих сигналов охватит все направления возможного движения объектов на большом участке видимой картины мира. Поэтому, чтобы нейрон МТ возбуждался, скажем, от увиденного глазом глобального движения слева направо, он просто должен присваивать большой весовой коэффициент тем входящим данным, которые поступают от множества нейронов V1, сигнализирующих о краях, перемещающихся приблизительно слева направо в их маленьком участке видимого пространства. И – вуаля: один из нейронов реагирует только на связный набор граней и поверхностей, движущихся в одном определенном направлении.
Вам важно, что нейроны в области MT не отправляют импульсов в ответ на согласованный набор граней и углов, составляющих печенье. То есть печенье неподвижно. Но многие другие вещи в офисе движутся. Нейроны в области МТ посылают импульсы в ответ на когерентный набор граней и поверхностей, который вы называете «Сара», когда он проходит через ваше поле зрения слева направо. Она близко. Слишком близко. Идет ли она к вам, чтобы уменьшить ваши шансы незаметно схватить и съесть печенье, или в противоположном направлении?
Следующие остановки на шоссе «Как» решают эту проблему. Мы отправляемся вместе с одним из клонов нашего импульса прочь из области MT, в гости к пестрому разнообразию нейронов теменной коры, в области, обозначенные VIP (вентральная внутритеменная) и MST (медиальная верхняя височная область). Там нейроны интегрируют глобальные сигналы движения по разным осям, чтобы сигнализировать о том, что происходит с движущимся объектом. Объект постоянно меняет направление движения? Значит, он вращается. Он движется сверху вниз, но занимает всё бóльшую или меньшую часть видимого мира? Тогда он визуально увеличивается или уменьшается. Вы хотите видеть уменьшающуюся, а не увеличивающуюся Сару – давайте проверим соответствующий нейрон. Наш импульс как раз пролетает мимо
