Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Так могут ли наши нейротелескопы показать нам, что происходит, когда мозг осознает тот или иной объект? Результаты исследований Коха показывают, что информация, передаваемая нервами сетчатки, не изменяется – это означает, что изменения сознательного опыта происходят где-то глубже в мозге. Проблема состоит в том, что наши сканеры фМРТ и ЭЭГ слишком грубы, чтобы зарегистрировать такие тонкие изменения, как переход от одного визуального восприятия куба Неккера к другому. Но в 2004 г. Кох и его исследовательская группа в Калтехе нашли возможность узнать, что вызывает активизацию отдельного нейрона, и это привело к открытию весьма любопытной нейронной деятельности.

Эпилептические припадки могут быть вызваны нарушением соединений или образованием рубцовой ткани, что запускает синхронизированное возбуждение нейронов по всему мозгу – в голове происходит нечто подобное цепной реакции в атомной бомбе. В некоторых случаях эти припадки можно предотвратить, удалив небольшую часть мозга, которая инициирует такую цепную реакцию.

Чтобы точно узнать, что является источником припадков, и не удалять слишком много мозговой ткани, в мягкие ткани мозга пациента вставляют около 20 электродов, которые вводят через отверстия, проделанные в черепе. Такая процедура кажется сродни какой-то средневековой пытке, но на самом деле она широко распространена в современной медицинской практике. Из каждого электрода выходят тонкие проволочки толщиной с человеческий волос, каждая из которых соединена с участком, содержащим приблизительно от 10 до 50 нейронов. Если какой-нибудь из этих нейронов возбуждается, электрод чувствует изменение его электрического состояния. Врач дожидается возникновения у пациента эпилептического приступа, при котором можно зарегистрировать нейроны, возбуждающиеся в разных областях мозга, после чего математический анализ собранных данных позволяет обнаружить потенциальный источник возбуждения.

Но приступ может начаться не сразу, так что пациенты с подключенными электродами какое-то время просто сидят в палате сложа руки. Исследовательская группа из Калтеха решила воспользоваться этой возможностью. Почему бы не попробовать задавать пациентам вопросы и смотреть, какие нейроны при этом возбуждаются? В большинстве случаев источником эпилептических приступов является тот участок мозга, в котором хранятся воспоминания. Поскольку именно к нему было присоединено большинство электродов, исследователи решили проверить, какую электрическую активность можно наблюдать при активизации памяти. Пациентам показывали различные картинки, которые должны были вызвать у них воспоминания.

Такое зондирование пациентов заняло довольно много времени, но полученные результаты были поразительными. В одном из случаев нейроны возбуждались только при демонстрации фотографий актрисы Дженнифер Энистон. Не важно было, как она одета и в какой цвет окрашены ее волосы, – данный нейрон, по-видимому, возбуждался в случае узнавания концепции Дженнифер Энистон. Нейрон активизировался, даже когда пациенту показывали всего лишь написанное имя актрисы.

В некотором смысле это открытие не было таким уж удивительным. Мозг кодирует воспоминания, идеи и концепции, как-то преобразуя их данные в деятельность нейронов. Фотографию Дженнифер Энистон можно перевести в цифровой формат, то есть преобразовать ее изображение в последовательность нулей и единиц. Наш мозг точно так же берет данные, которыми обстреливают его органы чувств, и решает, достаточно ли важна Дженнифер Энистон, чтобы можно было закодировать ее в качестве концепции. Если это так, то синапсы, соединенные в данный момент с соответствующим нейроном, усиливаются и сохраняются, что позволяет этому нейрону активизироваться в следующий раз, когда мозг получит соответствующую визуальную информацию. Для каждой концепции существует собственная типичная синаптическая цепь нейронной активности. Мне особенно понравился пациент, у которого был нейрон, возбуждающийся при виде чертежа теоремы Пифагора, – мне он показался гораздо более разборчивым.

Удивительно скорее то, как избирательно возбуждался нейрон. Другие изображения его, по-видимому, не интересовали. Как объяснил мне Кох, исследователи ни в коем случае не утверждают, что данный нейрон – единственный, участвующий в кодировании идеи Дженнифер Энистон или Пифагора. Такая конфигурация была бы чрезвычайно малоэффективной. Но число нейронов, которые можно было исследовать в этом эксперименте, было ограниченно. Представляется весьма вероятным, что мозг использует для кодирования концепции Энистон возбуждение некоей выборки нейронов, расположенных по всему мозгу, – так же, как для записи фотографии в моем смартфоне используется некоторое количество двоичных единиц. Но Кох считает, что в таком кодировании участвует удивительно малое число нейронов – порядка сотен или, возможно, тысяч, а не миллионов, которые потребовались бы для кодирования таких изображений в компьютере.