Рост мозга

Поскольку разобраться в сути комплексных процессов, протекающих в мозге, необычайно сложно, ученые вынуждены заняться поиском иных путей, позволивших бы им достичь поставленной цели. Так, к примеру, были предприняты исследования процесса роста мозга. Существует ли в природе некий предварительный проект, согласно которому происходит рост мозга? Краткое изложение известных на сегодняшний день фактов выглядит следующим образом. При развитии эмбриона сначала формируется так называемая нервная трубка — клеточное образование в форме трубки. Вокруг нее образуются нервные клетки, производство которых поставлено, если можно так выразиться, «на поток» — здесь функционирует своего рода фабрика, производящая нервные клетки. «Произведенные» клетки без задержки отправляются к другим участкам растущего мозга. Добравшись до определенного места, клетки диффундируют — совершенно аналогично тому, как это проделывают миксомицеты, о передвижениях отдельных клеток которых мы уже рассказывали, — и собираются там в слои, образуя при этом нечто, напоминающее, по выражению одного американского исследователя, муравейник.

Откуда же отдельным клеткам становится известно «место встречи»? Об этом ученым известно очень немногое, однако есть основания предполагать, что отдельные нервные клетки перебираются вдоль уже образовавшихся клеток нейроглий и таким образом достигают конечного пункта.

Существует еще одно обстоятельство, тесно связанное с поведением слизевиков: так же, как в их клетках, в развивающемся мозге обнаруживается некое вещество, служащее чем-то вроде приманки для отдельных клеток. Речь идет о так называемом стимуляторе роста, вырабатываемом в определенных зонах и проникающем сквозь ткани[26]. Нервные клетки, привлеченные этим веществом, устремляются в направлении его источника. Во время их странствий вполне может произойти и такое: некоторые клетки «отстают от своих» и чаще всего, заблудившись, погибают. Однако иногда им все же удается пристроиться — в каком-нибудь «неправильном» месте, — что в некоторых случаях может привести к различным заболеваниям мозга. Вернемся, однако, к дальнейшему развитию здорового мозга. Отдельные клетки, объединяясь, образуют нервные узлы, через которые и устанавливается связь клеток развивающегося мозга. Вне всякого сомнения, построение сети нейронов осуществляется посредством самоорганизации. Судя по тому, что нам известно, связи между нейронами образуются совершенно самостоятельно, безо всякого вмешательства со стороны каких бы то ни было высших инстанций, которые могли бы произвести подключение. Для объяснения принципа действия самоорганизации существует, собственно, две различные позиции; возможно, обе они верны, только применимы к развитию разных отделов мозга или к разным живым существам. Здесь мы просто представим читателям и ту, и другую.

Первая позиция такова: растущие нервные узлы при помощи особых молекул способны распознать, с какими именно клетками им следует «связаться». Представим себе, что каждый нейрон имеет нечто похожее на замок, который может быть открыт только определенным ключом. Часто случается так, что «проводов» между нейронами оказывается гораздо больше, чем впоследствии может быть использовано. Такие связи за ненадобностью отмирают; то же относится и к нейронам, неверно подключившимся к общей сети.

Подобная картина подразумевает, что монтаж нейронной сети протекает в соответствии с каким-то строго определенным планом, проводниками которого являются молекулярные замки и ключи.

Согласно другим представлениям, гораздо полнее воплощающим идеи самоорганизации, образование связей между клетками происходит вполне беспорядочно. Однако как только в такую нейронную сеть от органов чувств начинают поступать нервные импульсы, здесь по мере необходимости (но при этом все же полностью автоматически) происходит упрочение некоторой части связей. Таким образом, нейронная сеть возникает только благодаря использованию этих связей, и именно частота использования определяет функциональную способность этой сети. Концепция укрепления связи между нейронами в результате ее использования (например, при обработке сигналов, поступающих от органов чувств), известна в специальной литературе под названием синапсов Хебба. Синапсы — это своего рода распределительные станции, соединяющие нервные клетки; увеличение их «мощности» происходит вследствие увеличения частоты использования. К сожалению, до сих пор отсутствуют экспериментальные подтверждения тому, что наиболее часто используемые синапсы крупнее прочих. Идея образования и развития нейронной сети именно в процессе использования обладает для конструкторов, разрабатывающих компьютерную технику, огромной притягательной силой. Нельзя ли создать компьютеры, которые бы саморазвивались, самоорганизовывались в процессе работы? Этому вопросу и посвящена следующая глава.