Дэвид Барри - Супернавигаторы. О чудесах навигации в животном мире

Позднее два молодых исследователя из Норвежского университета естественных и технических наук в городе Тронхейме — Марианна Фюн и Торкель Хафтинг — сделали еще более поразительное открытие. Работая под руководством супругов Мэй Бритт и Эдварда Мозер, они исследовали клетки, находящиеся в энторинальной коре (ЭК), соединяющей гиппокамп с другими отделами мозга. Там они обнаружили клетки, ведущие себя почти так же, как нейроны места, но с одним важным отличием: каждый из этих нейронов активировался не когда крыса находилась в одной определенной точке, но во многих разных местах .

Такое поведение казалось непонятным, но, когда размеры пространства, которое крысы могли исследовать, увеличили, проявилась поразительная закономерность. Стало ясно, что вновь открытые клетки генерируют импульсы в регулярно расположенных точках, которые образуют правильную решетку, разбивающую на сегменты все пространство, предоставленное в распоряжение крыс. По-видимому, эти клетки — так называемые нейроны решетки — регистрируют исключительно пространственные свойства среды обитания крыс. То есть крысы практически накладывают на окружающий мир стандартную координатную сетку, как это делают картографы или землемеры. В ЭК были найдены и нейроны направления головы. Некоторые из них также образуют решетку: они срабатывают только тогда, когда крыса оказывается в определенной точке, а голова ее обращена в определенном направлении [465] Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., & Moser, M. B. (2004). ‘Spatial representation in the entorhinal cortex’, Science, 305 (5688). P. 1258–1264; Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M. B., & Moser, E. I. (2005). ‘Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex’, Nature, 436 (7052). P. 801. .

Картина активности одиночного «нейрона решетки» у крысы, исследующей небольшую квадратную арену. Серые линии показывают маршруты перемещения крысы, а черные точки — «всплески» электрической активности, возникающие во время передвижений животного [466] Авторы изображения: Kate Jeffery, Giulio Casali (2018), https://doi.org/10.6084/m9.figshare.7264589 (по лицензии CC-BY 4.0).

В 2008 году группа Мозер сделала еще одно открытие: были обнаружены клетки ЭК, срабатывающие только тогда, когда крыса (или мышь) находится у края клетки. Поэтому их назвали нейронами границы . Затем, в 2015 году, Мозер сообщили о клетках еще одного типа: они реагируют только на скорость движения крысы, и частота генерирования импульсов увеличивается, когда крыса движется быстрее. Собственно говоря, они работают так же, как спидометр. Уже длинный список специализированных клеток, которые участвуют в навигации, все еще продолжает пополняться [467] Полный на сегодня перечень см.: Grieves, R. M., & Jeffery, K. J. (2017). ‘The representation of space in the brain’, Behavioural Processes, 135. P. 113–131. .

В 2014 году эти поразительные достижения были удостоены Нобелевской премии, которая была присуждена Мэй Бритт и Эдварду Мозер и Джону О’Кифу [468] По существующим правилам число лауреатов одной и той же Нобелевской премии не может быть больше трех. .

Аналогичные специализированные навигационные нейроны уже найдены в мозге мышей, обезьян, летучих мышей и человека. Возможность прямой регистрации активности отдельных клеток человеческого мозга представляется только в случае вживления электродов для медицинских процедур, но существующие сейчас передовые технологии нейровизуализации позволяют ученым получать аналогичные результаты, не прибегая к хирургическим операциям. Также достоверно установлена важная роль гиппокампа в навигации голубей; хотя по строению он сильно отличается от гиппокампа крысы, в нем тоже есть специализированные «навигационные» нейроны [469] Sherry, D. F., Grella, S. L., Guigueno, M. F., White, D. J., & Marrone, D. F. (2017). ‘Are There Place Cells in the Avian Hippocampus?’, Brain, Behavior and Evolution, 90 (1). P. 73–80. .

Однако многие вопросы по-прежнему остаются без ответа. Хотя нейроны места, решетки и направления головы вполне могут составлять основу «системы карты и компаса», знания своего местоположения и направления движения недостаточно. Нужно еще обладать способностью запланировать маршрут к цели и пройти по нему.

В этом отношении кажутся перспективными специализированные клетки мозга, генерирующие импульсы во время прохождения крысой сложного лабиринта. Эти нейроны, расположенные вне гиппокампа, по-видимому, определяют маршруты и цели. В самом гиппокампе также были найдены другие клетки, которые, как кажется, участвуют в прокладке маршрутов [470] Geva-Sagiv, M., Las, L., Yovel, Y., & Ulanovsky, N. (2015). ‘Spatial cognition in bats and rats: from sensory acquisition to multiscale maps and navigation’, Nature Reviews Neuroscience, 16 (2). P. 94. .