Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - Марк Хамфрис
Команда переместить руку все еще здесь, среди импульсов, которые нас окружают. Когда рука вращает рукоятку, мы можем напрямую расшифровать сигналы на сокращение мышц по ряби на круге, нарисованном легионом импульсов [246]. Мы можем предсказать траекторию тянущейся руки по форме дуги, нарисованной легионом импульсов [247]. Мы даже можем расшифровывать движения кисти по изменениям в импульсах легиона, которые являются общими для разных задач [248]. Все это означает, что вокруг нас вздымаются волны импульсов, большинство из которых составляют поток все той же непрерывной последовательности, поддерживающей движение, а некоторые, как бы уникальные волны на нем, – это те, которые должны были сокращать конкретную мышцу прямо в данный момент.
Пора узнать, кто является адресатом импульсов этой волны. Быстро, хватайся за вот этот! Мы снова спускаемся из третьего слоя в пятый, но на этот раз осторожно, чтобы успеть запрыгнуть на пирамидальный нейрон с большим толстым аксоном, который доставит нас из пятого слоя моторной коры через эпическое по клеточным меркам расстояние – в шейный отдел спинного мозга, где сосредоточены мотонейроны, отвечающие за движения руки. Мы мчимся по пирамидальному тракту, плотному пучку параллельных аксонов, которые несут потоки импульсов от нейронов пятого слоя вниз, к позвоночнику.
Большинство из этих аксонов направляются прямо в спинной мозг. Те, что выходят из области моторной коры, ответственной за руки и кисти, оканчиваются на внешнем краю ствола спинного мозга, чтобы передать сигналы в те моторные нейроны, аксоны которых змеятся в направлении мышц руки. Пришедшие из плечевых и туловищных областей моторной коры идут к центру позвоночника. По пути вниз многие аксоны будут посылать ответвления в разные части ствола головного мозга, запуская клоны наших импульсов в небольшие скопления нейронов, сигналы которых имеют решающее значение для координации вашего наклона через стол, изменения позы и сохранения равновесия; для точной координации того, насколько каждая мышца должна сократиться, чтобы вы могли без промаха достичь цели и захватить ее [249]; и которые крайне важны для того, чтобы ваше тело могло на мгновение задержать дыхание и перевести свое функционирование в режим бесшумного и быстрого движения, минимизируя риск привлечения ненужного внимания во время добывания печенья.
Мы достигли спинного мозга в мгновение ока, за несколько миллисекунд, поскольку эти толстые аксоны нейронов пятого слоя, покрытые миелиновой изоляцией, – лучшее олицетворение того, почему мозг использует импульсы для быстрой передачи сообщений на дальние расстояния. Когда мы проходим через несколько верхних сегментов спинного мозга, нас окружает еще одна сложная сеть взаимосвязанных нейронов, некоторые типы которых возбуждают свои мишени, другие подавляют их, оба отправляют свои импульсы мотонейронам, конечным получателям импульсов управления мышцами [250]. Такая схема взаимно тормозящих и возбуждающих нейронов, соединенных в сеть, очень напоминает кору. Исследователи из лаборатории Руне Берга в Копенгагене показали, что это сходство очень глубокое [251], что мотонейроны тоже генерируют нерегулярные, выглядящие беспорядочными последовательности импульсов; что они делают это, потому что их входящие возбуждающие и тормозящие сигналы поддерживаются в идеальном балансе; и что количество импульсов, посылаемых каждым конкретным нейроном, также следует «длиннохвостому» распределению, то есть большинство нейронов генерируют менее одного импульса каждую секунду, зато некоторые строчат импульсы десятками. Даже здесь, на самом последнем этапе нашего пути, за пределами собственно мозга, мы обнаруживаем, что вокруг нас работает легион.
Большинство аксонов из моторной коры попадают в сеть нейронов позвоночника, подключаясь к тому типу нейронов, которые в конечном итоге соединятся с определенными мотонейронами, отвечающими за движения, которые должны быть совершены [252]. Но мы путешествуем первым классом, следуя из коры головного мозга по аксону, который контролирует пальцы. Мы прибываем прямо на вход мотонейрона. Этот путь от головного мозга к спинному доступен только нам, высшим приматам, и он, по-видимому, является важнейшим компонентом нашей исключительной способности манипулировать внешним миром с помощью рук, умения точно управлять пальцами [253].
Скользнув через синаптическую щель с высвобожденным нейромедиатором к рецепторам дендритного дерева мотонейрона, мы в последний раз претерпеваем превращение в небольшой скачок напряжения, с которым устремляемся вниз, по направлению к его телу, и наш всплеск потенциала вместе с другими движущимися с нами сигналами от двигательных нейронов доводят потенциал мотонейрона до критического уровня. Импульс! Крепко держимся за него, когда он проскальзывает через длинный изгибающийся аксон, вверх в плечо, вниз по руке и наконец упирается в тупик, в нейромышечный синапс на flexor digitorum [254], наблюдаем, как молекулы текут через зазор и связываются с соответствующими рецепторами, чувствуем сокращение мышцы – и ваш палец касается печенья. Дело сделано.
Глава 9
Спонтанность
И целого мира мало
Везде, где мы с вами побывали, нас встречали импульсы. В моторной коре мы вошли в «нулевое измерение», путешествуя вместе с импульсом, который просто добавился к уже имеющимся – сокращение мышцы требовало изменения количества импульсов, постоянно исходящих из моторной коры. В префронтальной и теменной коре, когда мы высадились на синапсе, не только наш нейрон, но и все окружающие нас клетки уже отправляли импульсы, сохраняя воспоминания и накапливая свидетельства. Вы помните, что во время нашего путешествия по шоссе «Что» и шоссе «Как» импульсы бежали нам навстречу, обратно к V1 – те импульсы, которые уже были во всех зрительных областях коры головного мозга, причем были там еще до того, как вы заметили печенье.
И в самом V1, когда мы попали туда, импульсы уже были. После выхода из сетчатки нашей первой остановкой в коре была простая клетка в четвертом слое. Тем не менее, спускаясь по дендритному дереву к ее телу, мы обнаружили, что являемся лишь одним из множества всплесков напряжения, приходящих туда, всплесков, вызванных сигналами от других нейронов в четвертом слое зрительной коры, включая эти надоедливые интернейроны, извергающие ГАМК. На самом деле количество импульсов, приходящих непосредственно из глаза, составляло жалкое меньшинство: у простой клетки лишь около 5 % входящих сигналов поступает непосредственно из сетчатки [255].
Куда бы мы ни отправились, там уже были импульсы. Тем не менее мы, кажется, были в самой первой волне импульсов, вызванных проекцией изображения печенья на вашу сетчатку. Как так может быть? Что вызвало все эти импульсы?
Чтобы объяснить это, нам придется развенчать два глубоких заблуждения о природе импульсов. Я сам, как и большинство нейробиологов, был им подвержен. Но теперь,
