Ритм вселенной. Как из хаоса возникает порядок - Стивен Строгац

В то время результаты, полученные Греем и Сингером, вызвали острую дискуссию. Звучали обычные утверждения, которые, как всегда в подобных случаях, отрицали доводы, свидетельствующие в пользу важной роли синхронизма, сколь бы убедительными эти доводы ни были. Самые закоренелые скептики отрицали существование явления, обнаруженного Греем и Сингером. Одни заявляли об ошибочности статистического анализа, выполненного учеными, или утверждали, что кратковременная корреляция между нейронами, находящимися на значительном удалении друг от друга, могла возникнуть чисто случайно. Другие рассуждали об отсутствии какого-либо известного механизма, который позволял бы нейронам, находящимся на значительном удалении друг от друга, синхронизироваться настолько точно, как об этом заявляли Грей и Сингер. (Было трудно понять, каким образом многочисленные клетки могут приводиться в действие практически одномоментно, с разницей во времени, не превышающей тысячной доли секунды[288].) Однако в течение нескольких последующих лет были опровергнуты эти и многие другие возражения, за исключением одного, которое заключалось в том, что синхронизм действительно мог иметь место, однако не играл никакой роли и представлял собой бесполезный побочный продукт электрической активности в мозге кошки, свидетельствующий о глубинных процессах в мозге не больше, чем электромагнитное излучение частотой 50 Гц, вызванное прохождением электрического тока питания настолького компьютера.

В 1990-е годы появились более убедительные доказательства связи между синхронизмом и распознаванием. В ходе экспериментов с разными животными, начиная с цикад и заканчивая обезьянами, исследователи обнаружили, что синхронизированная нейронная активность неизменно оказывается связанной с примитивными формами распознавания, запоминания и восприятия (например, умение различать два запаха или обнаруживать изменение в ориентации некоторой формы). Но поскольку мы не можем точно знать, что именно воспринимает животное, убедить скептиков так и не удалось. Они желали видеть неоспоримые доказательства того, что синхронизм действительно необходим для распознавания, а не просто связан с ним. Например, в эксперименте Грея и Сингера скептики не нашли неоспоримых доказательств того, что кошка воспринимает прямоугольник как единое целое в одном случае и как два прямоугольника в другом случае, хотя человек воспринимал бы эти два случая именно так. Единственным способом получить однозначный ответ на этот вопрос было бы проведение экспериментов с людьми.

Одно из таких исследований, о результатах которого в 2001 г. было доложено Юргеном Феллом и его коллегами из Боннского университета в Германии, выявило интересную связь между нейронным синхронизмом и кратковременной памятью[289]. Исследователи попросили добровольцев запомнить списки слов, затем на короткое время отвлекли их выполнением другой задачи, после чего проверили, как испытуемые запомнили предложенные им списки слов. Между тем на фазе запоминания информации исследователи оценивали картины активизации нейронов в гиппокампе испытуемых, а также в участке их коры головного мозга, ответственном за обоняние (известно, что эти два соседних участка коры головного мозга задействованы в запоминании информации). (Этот эксперимент был весьма примечателен в техническом отношении: в ходе этого эксперимента нейронная активность измерялась непосредственно, а не опосредованно, путем анализа мозговых волн. Испытуемые были эпилептиками, в мозг которых ранее уже вживлялись электроды, что было одним из этапов подготовки к предстоящим нейрохирургическим процедурам. Это предоставляло исследователям уникальную возможность осуществлять запись непосредственно из клеток головного мозга человека в процесс запоминания им информации.)

Вполне естественно, что каждый из испытуемых какую-то часть слов запоминал, а какую-то забывал. Однако самое интересное заключалось в том, что в этих двух случаях их нейроны вели себя по-разному в момент, когда человек впервые видел слова. Спустя четверть секунды после того как испытуемые видели слова, которые им удалось хорошо запомнить, в их мозге возникал синхронизм между гиппокампом и участком коры головного мозга, ответственным за обоняние, однако такой синхронизм не возникал, когда они впервые видели слова, которые впоследствии быстро забывали. Если выразить ту же самую мысль несколько по-иному, это означает, что, наблюдая картину электрической активности в мозге человека, когда он пытается запомнить какое-либо слово, исследователь может предсказать, насколько успешным окажется процесс запоминания в данном случае. Исследователь может увидеть, смог ли мозг в нужный момент мобилизоваться в достаточной степени.

Неясно, что означает такой всплеск синхронизма. Он может означать не что иное, как отголосок запоминания, формируемого другими, более важными, но еще не открытыми процессами – точно так же, как гром представляет собой последствие молнии, а не ее причину. С другой стороны, не исключено, что синхронизм играет важнейшую роль в самом процессе запоминания, как это могло бы быть, если бы соответствующие химические и электрические события, связанные с ним, каким-то образом готовили гиппокамп к запоминанию новой порции информации или облегчали поиск и извлечение этой информации. Такое предположение выглядит вполне правдоподобно с биологической точки зрения: известно, что связи между нейронами укрепляются, когда нейроны активизируются одновременно (зачастую этот принцип формулируется так: «нейроны, которые вместе активизируются, лучше связаны между собой»). Упрочняя связи между нейронами в критических областях мозга, синхронизм, возможно, облегчает процесс краткосрочного запоминания. Еще одна возможность – которая всегда появляется, когда возникает синхронизм – заключается в том, что, активизируясь в унисон, соответствующие нейроны возвышают свой голос на фоне общего «электрического шума» в мозге точно так же, как люди, начинающие петь в унисон, привлекают всеобщее внимание во время шумной вечеринки. Координируя свою электрическую активность, синхронные нейроны усиливали бы свое «послание», делая его более заметным для других нейронов.

Еще более интересный эксперимент недавно пролил свет на загадку восприятия: каким образом формируется картина мира в нашем сознании, без каких-либо видимых усилий объединяя разнообразные ощущения в единое целое. Есть люди, страдающие определенными расстройствами нервной системы, которым такое объединение не удается. Это приводит к необычным патологиям, подобным той, которая была описана Оливером Саксом в его книге The Man Who Mistook His Wife for a Hat («Человек, который принял свою жену за шляпу»[290]). Этот человек мог распознать ее глаза, нос, рот и остальные части ее лица, но не мог сложить все эти элементы в единую картину, то есть воспринять ее лицо как единое целое. Узнать в лицо какого-либо человека было для него почти неразрешимой проблемой. Чтобы узнать кого-либо, ему приходилось прикладывать невероятные усилия, тогда как большинству из нас это удается легко и практически мгновенно; по крайней мере это не требует от нас сознательных усилий. Вопрос формулируется так: что происходит в нашем мозгу, когда мы распознаем чье-либо лицо именно как лицо, а не как совокупность не связанных между собой фрагментов?