Мозг: прошлое и будущее - Алан Джасанов

Остальные органы чувств также служат богатым источником входных данных для мозга. Кортиев орган внутреннего уха преобразует звуковые волны в нервные импульсы – это слуховой эквивалент сетчатки. Большинство слуховых нейронов из кортиева органа выстреливают потенциалами действия с частотой свыше 50 в секунду даже при низком уровне шума[313]. Поскольку слуховых нейронов у человека по 30 тысяч на ухо, общее количество потенциалов действия, доходящих в мозг от ушей в секунду, достигает нескольких миллионов. Огромный объем входящих данных поступает и от самого большого органа чувств в организме – от кожи. Нормальная кожа содержит четыре типа клеток-рецепторов давления и прикосновения, два типа тепловых и два типа болевых рецепторов. Большинство рецепторов напрямую связаны со спинным мозгом и синапсами – с нейронами, которые передают их данные оттуда в головной мозг. Некоторые осязательные рецепторы достигают плотности более двух тысяч на квадратный сантиметр, на одной только кисти руки таких клеток 17 тысяч[314]. Особые типы кожи – поверхность языка и слизистая оболочка носа, где содержатся соответственно рецепторы вкуса и запаха. Обонятельные нейроны значительно многочисленнее, этих клеток, связывающих нос и мозг, свыше 10 миллионов[315]. А следовательно, несмотря на то что средняя частота испускания импульсов действия у них довольно низка – около трех спайков в секунду, в совокупности эти клетки передают в мозг больше электрических импульсов, чем глаза или уши[316].

Итак, мы видим, что объем сенсорной информации, стекающейся в мозг, состоит из десятков миллионов потенциалов действия в секунду, что показывает, что у нашего мозга с окружением постоянная теснейшая связь. Чтобы оценить ее масштабы, вспомним, что объем входных данных от одного глаза в мозг сопоставим с объемом данных, передаваемых при активном интернет-соединении. Если так, то совокупный вклад всех органов чувств, вероятно, превосходит по объему 10 стандартных интернет-соединений, поскольку в секунду по миллионам нервных волокон передается около 10 мегабайт данных. Если направить столько данных в обычный современный домашний компьютер, он может и не справиться с подобной нагрузкой – иногда хакеры прибегают к этому методу, чтобы перегрузить интернет-сайты, и такая атака называется «отказ в обслуживании»[317]. То есть наше сенсорное окружение, похоже, проводит непрерывную атаку «отказ в обслуживании» на наш мозг.

Интересно, что по оценке количества потенциалов действия объем сенсорных данных, поступающих в мозг, сопоставим также с общим объемом исходящих из мозга данных – с постоянными сигналами, которые проходят от мозга к остальным органам, регулируют двигательную активность и мышечный тонус. Большинство моторных исходящих данных мозга передаются по так называемым пирамидным, или корково-спинномозговым, путям, состоящим более чем из миллиона аксонов, которые выстреливают со средней частотой около 10–20 спайков в секунду, что опять же дает в сумме десятки миллионов спайков в секунду[318]. Со стороны может показаться, будто мозг – несколько переусложненный механизм для переработки десятков миллионов входящих сигналов в секунду примерно в такое же количество исходящих сигналов, вроде телевизора, который преобразует данные из кабеля или с антенны в движущиеся картинки, которые можно смотреть.

Как же все входящие спайки влияют на мозг как таковой? Поскольку в ходе эволюции мозг научился принимать эти входящие данные, лавина чувственных ощущений на самом деле не переходит в атаку. Мозг от нее не теряет способности к действию, он просто меняется. Для всех органов чувств, кроме обоняния, у мозга оборудован входной порт под названием таламус, а обонятельные сигналы перерабатываются в другой области – обонятельной луковице. Эти участки в свою очередь связаны с участками коры головного мозга – первичной зрительной корой (сокращенно V1) в затылочной доле мозга и первичной слуховой корой в височной доле (см. рис. 7). Однако воздействие сенсорных данных ощущается далеко за пределами этих областей. Считается, что обработкой сенсорных данных занимается более 40 % коры[319]. В зрительной системе – самой обширной и сложной из всех органов чувств человека – информация распространяется от V1 к двум наборам участков мозга, каждый из которых регистрирует разные особенности каждого стимула. Так называемый дорсальный путь – полоса, идущая по верху затылочной и теменной долей, – классифицирует зрительные стимулы по грубым отличиям – например, по расположению и движению в пространстве, а вентральный путь, ведущий по основанию затылочной и височной долей, специализируется на более тонком анализе – в том числе на распознавании конкретных предметов и лиц. Подобные же пути иерархически расположенных областей, где происходит переработка данных, распознают звуки, запахи, вкусы и осязательные ощущения.

Входящие сенсорные сигналы, поступающие в мозг, распространяются в итоге практически повсеместно, будто сплетни среди друзей и родственников, разбросанных по городам и весям. Даже области особо тонкого и хитроумного распознавания продолжают реагировать и на самые простые стимулы. Например, изображение вспыхивающих линий вызывают нейронную реакцию по обоим путям обработки зрительной информации, и дорсальному, и вентральному, причем по всей их длине. Но самое удивительное – участки мозга, специализирующиеся на обработке одного типа стимулов, способны реагировать и на другие стимулы, подобно средневековым цирюльникам, которые были заодно и зубодерами. В частности, исследователи показали, что нейронные сигналы в зрительной коре иногда соответствуют слуховым стимулам[320]; есть и работы, где говорится о реакции слуховой коры и на зрительные, и на осязательные стимулы. На простые стимулы реагируют и участки мозга, которые, как уже установлено, играют другую роль, не имеющую отношения к восприятию сенсорных данных[321]. Элементарные зрительные и слуховые входящие стимулы активируют в том числе и участки лобной коры – средоточие «исполнительной власти» мозга. Зрительную реакцию в лобных областях можно наблюдать даже под наркозом, а это доказывает, что сенсорные стимулы проникают в мозг очень глубоко, пусть мы их и не осознаем[322]. В начале двухтысячных нейрофизиолог Марк Райхле заметил любопытное явление: многие стимулы, наоборот, постоянно деактивируют целую группу не связанных друг с другом областей мозга, иначе говоря, входящие сенсорные данные, похоже, снижают уровень нейронной активности в этих регионах[323]. Деактивированные области составляют значительную долю коры головного мозга, и в основном это территории вне известных нам систем обработки сенсорной или моторной информации. Эти области получили название «сеть по умолчанию», поскольку, судя по всему, особенно активны именно тогда, когда не происходит ничего примечательного.