Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис
Когда мы проходим через области префронтальной коры, мы отправляем клоны нашего импульса через синаптические промежутки на нейроны, которые действительно выглядят так, будто хранят воспоминания. Когда мы попадаем в тело одного такого нейрона, прибывая туда вместе с легионом других всплесков напряжения, спускающихся по его дендриту, мы можем видеть по составу ионов внутри его тела, что он отправил импульс всего несколько десятков миллисекунд назад, еще один – за несколько десятков миллисекунд до этого; мы можем почувствовать, как наш всплеск потенциала вместе со всеми другими запускает каскад нарастания напряжения в его теле, чтобы создать новый импульс, и поскольку позади нас по дендритному дереву спешила следующая волна всплесков потенциала, неизбежно возникновение новых импульсов. Этот нейрон генерирует устойчивую последовательность импульсов, но память ли это?
Мы можем узнать это, поставив перед мозгом задачу на кратковременную «рабочую» память. Решение таких задач возможно только при сохранении части информации в буфере памяти во время задержки поступления внешних сигналов. Например, помнить, в какой кормушке было угощение до того, как все их закрыли крышками. Или для крысы, сидящей в центре крестообразного лабиринта, помнить, в какой коридор она бегала в прошлый раз, потому что ей не разрешается посещать один и тот же дважды. В этих задачах на рабочую память отдельные нейроны в префронтальной коре продолжают посылать импульсы в течение всего периода задержки, как бы поддерживая циркуляцию информации в буфере [193]. Мы даже можем показать, что эта память специфична, что отдельные нейроны посылают импульсы, соответствующие различным аспектам информации, которую нужно сохранить.
В классическом примере 1989 года Фунахаси и его коллеги из лаборатории Патриции Гольдман-Ракич показали, что, когда обезьяны запоминали, какая из восьми лампочек, расположенных по кругу, вспыхнула секундами ранее, некоторые нейроны в их префронтальной коре посылали множество импульсов, как если бы поддерживали сигнал-возбуждение, соответствующий вспыхнувшей лампочке [194]. Каждый такой нейрон был избирательным – он посылал наибольшее количество импульсов для лампочки, загоравшейся в определенной точке кольца, – и чем дальше от этого места находилась загоравшаяся лампочка, тем меньше импульсов он отправлял. Получается, что каждый буферный нейрон сохранял определенную информацию о том, какая именно лампочка вспыхнула. Аналогично, серия исследований, проведенных учеными из лаборатории Ранульфо Ромо, показала, что нейроны префронтальной коры посылают импульсы, когда обезьяна вспоминает, с какой частотой вибрировала металлическая полоска, которой она касалась кончиком пальца [195]. В этом случае нейроны вновь действуют селективно, посылая импульсы пропорционально скорости вибрации. Эти сложные буферные воспоминания о том, где горела лампочка и как часто что-то вибрирует, создаются с помощью разных органов чувств, но удерживаются в одном месте, в префронтальной коре, благодаря схождению всех импульсов из сенсорных областей мозга на самых одиноких нейронах.
Однако и здесь мы снова видим темные нейроны второго типа, которых в префронтальной коре очень много. Большинство нейронов, даже те, которые посылают импульсы, по-видимому, совершенно никак не вовлечены в деятельность по запоминанию. Фунахаси и его коллеги регистрировали активность в общей сложности 288 нейронов, но только 87 из них, всего 30 %, надежно демонстрировали изменение своей активности в промежутке между вспышкой света и сигналом к действию. Тем не менее, если мы будем рассматривать группы нейронов в префронтальной коре, устройство устойчивой памяти станет кристально ясно [196].
Их совместная деятельность содержит точную информацию о том, с какой частотой вибрировала касающаяся кончика пальца металлическая полоска [197]. И даже информацию о том, сколько времени прошло с тех пор, как полоска вибрировала. Используя расшифровку популяционного кода, мы можем обнаружить по подобной буферной активности, какой именно из шестнадцати различных источников света давал кратковременную вспышку [198]. Что еще интереснее, мы можем увидеть, что группы нейронов в префронтальной коре запоминают информацию, даже если мы не требуем от них этого.
Я со своей командой проводил исследования по регистрации активности в префронтальной коре крысы, бегающей по Y-образному лабиринту, которая только что сделала выбор – левый или правый коридор – и только что узнала, была ли она права [199]. Наградой за правильный выбор было вкуснейшее шоколадное молочко. Мы хотели узнать, о чем думает крыса, возвращаясь к старту: рефлексирует ли она о своем неудачном выборе и упивается ли своим триумфом? Помнит ли, что решение бежать влево было хорошим, а бежать направо было пустой тратой времени? Каждый раз лишь горстка одиночных нейронов, максимум 20 %, демонстрировала разную активность после того, как животное делало выбор, или после того, как животное получало шоколадное молочко или не получало ничего. А иногда таких различий вроде бы и вовсе не было. Подавляющее большинство зарегистрированных импульсов составляла активность темных нейронов второго типа, но, казалось, они не помнили, что только что произошло.
Тем не менее, используя расшифровку популяционного кода, мы смогли убедиться, что на самом деле небольшие группы нейронов в префронтальной коре могут прекрасно запоминать все что нужно: только что сделанный выбор, получено вознаграждение или нет. Мы смогли продемонстрировать, что легион импульсов в префронтальной коре представляет собой запомненную информацию, даже если кажется, что каждый нейрон по отдельности ничего не помнит; и даже если задача, которую предстоит решить, не требует в явном виде хранить что-либо в кратковременной памяти. Потому что в конце концов запоминание принятых решений и их результатов выглядит вполне разумным занятием.
Что позволяет нам вернуться к вам и импульсу, с которым мы путешествуем: пришло время принимать решения. Когда мы седлаем импульс, оставляющий позади наш одинокий нейрон в префронтальной коре, этот импульс и легион импульсов вокруг нас хранят воспоминания о жизненно важных вещах. Что в помятой картонной коробке с открытой крышкой на коричневом столе, примыкающем к вашему, есть печенье. Что Адама нет за столом позади вас; что Сара пересекает офис, но удаляется, не глядя в вашу сторону. Что Грэм, в ужасном галстуке и все такое, сидит лицом к нам в середине офиса, но, возможно, ушел в созерцательное размышление о необъяснимой необходимости ношения желто-коричневых галстуков. Что Идрис и Кай, сидящие у другого окна через несколько пустых столов, погружены в беседу и, судя по
