«Бабушкины клетки»

В объяснении мыслительных процессов наука пока продвинулась не слишком далеко, но все же было проведено несколько интересных экспериментов, позволяющих сделать выводы о принципах действия по меньшей мере нескольких отдельных клеток или даже целых областей головного мозга. Так, например, Дэвид Хьюбел и Торстен Визел проводили опыты с шимпанзе, во время которых животным предлагались подвижные и неподвижные объекты в виде световых полос. Через глаза сигнал передавался в мозг шимпанзе, где и попадал в определенную зону, отвечающую за зрительное восприятие. В эту зону исследователями были введены электроды, с помощью которых изучались реакции отдельных нервных клеток на предъявляемые подопытному животному объекты. В ходе эксперимента было сделано удивительное открытие: ученые установили, что каждый раз на определенные внешние раздражители реагируют совершенно определенные клетки. К примеру, существуют клетки, реагирующие не только на саму полосу, но и на пространственную ориентацию этой полосы. Это означает, что, когда шимпанзе показывают полосу, расположенную в пространстве определенным образом, некая клетка отправляет огромное количество кодовых «точек» (или, придерживаясь научной терминологии, «испускает множество нервных импульсов»). Если же полосу развернуть примерно на 90 градусов, данная клетка практически прекращает реагировать на раздражитель (рис. 16.3). Кроме того, были обнаружены клетки, определенным образом реагирующие на движение полос. При этом создавалось впечатление, что нервные клетки ведут себя так, будто они принадлежат какому-то другому, более высокоорганизованному уровню мозга, и способны самостоятельно обрабатывать получаемые от клеток сетчатки сигналы таким образом, что в конце концов соответствующие специфические реакции обнаруживаются уже в самих этих клетках.

^{Рис. 16.3. Реакция отдельной нервной клетки на пространственную ориентацию полосы, попадающей в поле зрения подопытного животного}

Иными словами, это выглядело так, словно здесь протекает своего рода вычислительный процесс, результат которого и определяет реакцию клетки на раздражение: на словах такой результат соответствует высказыванию типа «полоса расположена вертикально» или «полоса расположена горизонтально».

Эти данные могут подкрепить одну выдвигавшуюся ранее гипотезу о функционировании мозга, объяснявшую, как именно мозг осуществляет распознавание образов. Согласно этой соблазнительной гипотезе, в мозге существуют некие особые клетки, которые способны распознавать не только полосы как таковые, но и, к примеру, целые лица. В специальной литературе эти гипотетические клетки шутливо называются «бабушкины клетки», потому что именно благодаря им каждый из нас и оказывается способен узнавать собственную бабушку. Большинство ученых отмежевалось от этой гипотезы; с одной стороны, несмотря на усиленные поиски, никому до сих пор так и не удалось обнаружить (например у тех же шимпанзе) клеток, которые распознавали бы составленное из полос изображение. В то же время, благодаря результатам исследований различных повреждений мозга (например при несчастных случаях), нам стало известно, что функции мышления или памяти не имеют строгой локализации в какой-то одной области мозга, а распределены в довольно обширных зонах. Сегодня наука склоняется к предположению, что, имея дело с такими функциями мозга, как восприятие, память и мышление, следует говорить об уже упоминавшемся коллективном эффекте, который означает, что в подобных процессах задействована отнюдь не одна, а гораздо большее количество нервных клеток. Однако если речь идет о больших группах нейронов, функционирующих «коллективно», то встает вопрос о том, каким же образом такое взаимодействие можно обнаружить; именно этим вопросом мы вскоре и займемся.

Но сначала во избежание недоразумений следует сделать еще одно замечание. Из вышесказанного можно было бы заключить, что отдельные способности (например зрение или слух) связаны с деятельностью всего мозга целиком, но это далеко не так. Уже давно известно (опять-таки благодаря исследованиям, связанным с травмами мозга), что за определенные функции — зрение, слух, обоняние, говорение — отвечают вполне определенные участки мозга. Кстати, речевых центров даже два: один занимается формой, т. е. грамматикой, а второй — содержанием, т. е. лексикой. Благодаря использованию новых медико-физических вспомогательных средств стало возможно воочию убедиться в распределении функций между различными участками мозга: чем активнее деятельность определенной зоны, тем интенсивнее она снабжается кровью. Интенсивность кровотока можно также исследовать физико-химическими методами, рассматривать которые подробнее в этой книге мы не будем; при помощи аппарата, аналогичного рентгеновскому (хотя в основе его работы лежат совершенно иные физические процессы), можно увидеть, какие участки мозга интенсивнее других снабжаются кровью, и узнать таким образом, за какой вид деятельности несет ответственность тот или иной участок (рис. 16.4). Перед нами вновь в высшей степени интересный с точки зрения синергетики случай взаимодействия огромного множества отдельных систем.

^{Рис. 16.4. Изменение кровоснабжения отдельных участков мозга при смене вида деятельности: движение, говорение и т, д,}

Теперь о процессах, протекающих в отдельных областях мозга — к примеру, в области, отвечающей за зрительное восприятие. Существуют математические модели, описывающие протекание подобных процессов; например, в основе одной из таких моделей лежит предположение о существовании всего двух типов нейронов, что возвращает нас к экспериментальным данным, показывающим, что одни нейроны усиливают нервные импульсы, а другие, напротив, гасят их, подавляя сигнал. Поначалу существование последних, выполняющих функцию, так сказать, торможения, может удивить. Однако их работа на самом деле чрезвычайно важна: без них мы оказались бы жертвами непрекращающегося воздействия на наш мозг всевозможных раздражителей, снова и снова возбуждающих нейроны.

Следует также рассмотреть вопрос о принципиальном тестировании подобных моделей деятельности мозга. Важнейшим во всех системах, исследуемых нами в этой книге, является коллективное взаимодействие отдельных элементов; в данном случае такими элементами будут нейроны — основные элементы нервной системы.