Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

Рассмотрим HVC подробнее. Этот участок – первый на пути песни, в чем-то он аналогичен проигрывателю для компакт-дисков в стереосистеме. Вначале его именовали «hyperstriatum ventrale, pars caudale», или HVc. Позже Ноттебом изменил его на «high vocal center» (верхний вокальный центр) – HVC[20]. В 2005 году специальная комиссия нейробиологов постановила, что на самом деле за этим сокращением не стоят никакие термины. (Похожая история с SAT, аббревиатурой, означавшей вначале «Scholastic Aptitude Test» (тест на академические знания), а затем – «Scholastic Assessment Test» (тест, оценивающий академические познания); теперь же правообладатель и разработчик этого теста, Совет колледжей, заявляет, что за этими буквами ничего не стоит.)

Рис. 46. Схематическое изображение импульсов трех нейронов в зоне HVC мозга зебровой амадины

Изменение названия произошло из-за того, что Харви Картен, специалист по строению и эволюции мозга, убедил своих коллег, что птичий мозг больше похож на наш собственный, чем считалось раньше. Прежде нейробиологи полагали, что HVC аналогичен стриатуму (полосатому телу) млекопитающих, являющемуся частью базальных ядер. Ученые считали, что у птиц отсутствуют аналоги нашей коры головного мозга. Однако Картен заявил, что участок мозга под названием дорсальный желудочковый гребень (dorsal ventricular ridge) функционирует примерно, как наша кора. В этой зоне имеется множество субзон, которые, судя по всему, играют важную роль в проявлении сложных рисунков поведения птицы, описанных выше. Одна из таких субзон – HVC.

Микаль Фи и его сотрудники измеряли нервные импульсы в HVC у живых птиц в процессе их пения. Некоторые нейроны HVC направляли аксоны к RA. Эти-то нейроны нас и интересуют больше всего, поскольку сигналы от них идут по всему длинному маршруту птичьей песни. Песенка зебровой амадины состоит из нескольких повторений простенького мотива. Отдельное коленце в нем длится от 0,5 до 1 секунды. Нейроны при этом дают импульсы в определенной жесткой последовательности. На рис. 46 я схематически изобразил нервные импульсы трех таких нейронов. Каждый ждет, пока придет его время «вступить», в нужный момент мелодии дает импульс, длящийся несколько миллисекунд, и затем снова «умолкает». Время каждого импульса жестко привязано к определенному моменту мелодии. Такого рода последовательное импульсообразование – именно то, чего мы ожидаем от стандартной синаптической цепочки.

Из стереосистемы гремит Бетховен, динамик вибрирует, электрические сигналы в системе осуществляют свои бешеные колебания. В отличие от этих летучих и изменчивых сигналов сам лазерный диск остается безмятежным, спокойным и неизменным. Откройте коробочку с каким-нибудь CD. Его поверхность состоит из сотен миллионов микроскопических бороздок и вмятинок, кодирующих музыку битами цифровой информации. Эта поверхность может десятилетиями сохранять одну и ту же форму, производитель гарантирует. Благодаря такой стабильности диск может вновь и вновь воспроизводить Бетховена. Его материальная структура позволяет ему сохранять в «памяти» музыку великого композитора.

Я сравнивал нервные импульсы нейронов HVC с электрическими сигналами в вашем проигрывателе компакт-дисков. Расширим эту аналогию. Пусть коннектом HVC – как компакт-диск. Допустим, этот коннектом содержит синаптическую цепочку, которая уже больше не меняется после того, как песенка «кристаллизовалась» во взрослом самце. Тогда получится, что коннектом HVC хранит в памяти эту песню. Всякий раз, когда птица поет, это воспоминание оживает, превращаясь в череду нервных импульсов. Эти сигналы летучи и изменчивы, сама же материальная структура связей в HVC остается неизменной.

Объем HVC – какие-то доли кубического миллиметра. В ближайшем будущем наверняка окажется технически возможным найти ее коннектом. И тогда мы просто проанализируем его, чтобы выяснить, устроен ли он подобно синаптической цепочке. Подобный анализ потребуется, поскольку с первого взгляда нельзя заключить, содержит ли коннектом такую цепочку. Вначале нужно узнать, как связаны между собой нейроны и в какой последовательности они дают импульсы. Чтобы лучше разобраться в этом, обратимся к схемам на рис. 47. На обеих показана в точности одна и та же структура связей. Нейроны на левом рисунке «перепутаны», и не сразу видно, что они представляют собой цепочку. Для того чтобы ее обнаружить, мы должны «распутать» нейроны, получив схему, изображенную справа. Что ж, для нашего маленького самодельного коннектома это можно попытаться проделать вручную. Но реальный коннектом HVC посложнее, и для его анализа уже потребуется компьютер.

Рис. 47. Синаптические цепочки – запутанная (слева) и распутанная (справа)

Допустим, мы преуспели в распутывании коннектома HVC. Возможно, получив соответствующую цепочку, мы сумеем догадаться, в каком порядке нейроны дают импульсы во время песни. В каком-то смысле это и будет чтением птичьей памяти, содержащей эту песенку, ведь мы сумеем определить последовательность импульсов, которая всякий раз «проигрывается» в HVC, когда пташка поет.

Как подтвердить, что наше прочтение верно? Вентрис с Чедвиком убедили мир, что они правильно расшифровали линейное письмо Б, поскольку в результате получился осмысленный текст. Если бы их расшифровка оказалась неверной, декодированный текст являл бы собой какую-нибудь абракадабру. Более надежную проверку на внутреннюю согласованность и непротиворечивость элементов текста можно было бы провести, понаблюдав за людьми, которые написали эти таблички, и поговорив с ними. Но неосуществимость путешествий во времени мешает нам это сделать.

А если бы распутывание коннектома HVC позволило нам выявить синаптическую цепочку, мы бы обрели уверенность в том, что правильно считываем информацию из HVC. В отличие от Вентриса и Чедвика мы можем получить более убедительные доказательства, не прибегая к помощи машины времени. Предположим, еще какой-нибудь нейробиолог станет хронометрировать пики нейронов HVC, но не сообщит нам результат этих измерений, чтобы проверить, сумеем ли мы угадать эти данные сами. Мы найдем коннектом HVC и прочтем его, чтобы попытаться определить, в какое время нейроны давали импульсы. Экзаменатор сравнит наши догадки с подлинным хронометражем нервных импульсов. Если то и другое совпадет, значит, наше прочтение коннектома оказалось верным.

Чтобы прохронометрировать импульсы нейронов HVC, экзаменатор должен обратиться к химикам, которые изобрели массу способов окрашивать нейроны так, чтобы под микроскопом они являли собой мигающие огоньки – светлея, когда возникает пик, и темнея, когда нейрон «умолкает». Изображения, полученные с помощью оптического микроскопа, также сообщат нам о месторасположении тел нейронов HVC. Позже эти места можно будет сопоставить с теми, где находятся тела нервных клеток при изучении мертвого мозга под электронным микроскопом. Установив связь между тем и другим, экзаменатор сможет сравнить реальный хронометраж пиков HVC-нейронов с тем, который мы выведем из чтения коннектома.