Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи - [23]
Изменчивость нейронов решетки может быть обусловлена тем, что они одновременно интегрируют по траектории и считывают форму. Или, возможно, эта изменчивость отражает их непрерывные попытки «прикрепить» паттерны возбуждения к границам или ориентирам, чтобы исправить ошибки, неизбежные в процессе интегрирования по траектории. Чтобы понять, что это значит, представьте, что вы идете по ровному полю: вам не отследить, насколько вы переместились, если вы не видите забора или деревьев на краю поля. Нейробиологи из Стэнфордского университета наблюдали аналогичное явление у мышей на открытом пространстве: чем дольше они не встречали стен, тем сильнее их паттерны решетки отклонялись от первоначальных[112]. По всей вероятности, границы не только помогают стабилизировать поля возбуждения нейронов места, но и корректируют возбуждение нейронов решетки.
Подобные эксперименты свидетельствуют о том, что некоторые отделы нашего мозга специально предназначены для навигации и восприятия пространства. Но до сих пор нейробиологи, исследующие пространственное восприятие, не смогли найти ответ на одну из главных загадок: как нейроны решетки и нейроны места взаимодействуют друг с другом, формируя у нас чувство места? Совершенно очевидно, что они связаны друг с другом, – недавний эксперимент группы исследователей из Стэнфордского университета показал, что масштаб паттерна возбуждения решетки животного определяет разрешение нейронов места: чем больше масштаб решетки, тем больше поле места[113]. Значит, конечная цель у них одна[114].
Идея о механизме обратной связи между нейронами места и нейронами решетки была впервые высказана нейробиологами в 2007 году[115]. Вот как представляет этот механизм Кейт Джеффри: «Нейроны места используют статическую сенсорную информацию об окружающей среде, например от стен, а нейроны решетки кроме нее используют динамическую информацию о движении, и результат этих расчетов возвращается в нейроны места, чтобы поддерживать и усиливать их работу. Происходит нечто вроде самонастройки». По крайней мере, в теории. Но, как признает Джеффри, экспериментально это еще не доказано. Однако не подлежит сомнению, что нейроны места, несмотря на кажущееся отсутствие структуры, являются основой для построения когнитивной карты. По выражению Родди Гривса, они служат «плавильным котлом для всевозможных входных сигналов», одними из которых являются сигналы от нейронов решетки.
Через год после визита в лабораторию Дудченко в Эдинбурге я заглянул к нему на кафедру психологии в Стерлингском университете. Студенческий городок уютно расположился между границей (западным краем гряды холмов Охл-Хилс) и ориентиром (высоким памятником шотландскому герою Уильяму Уоллесу). В отличие от них в здании, где находится кафедра психологии, нет никаких ориентиров, и табличка с номером комнаты – единственное, что отличает дверь кафедры среди сотен одинаковых дверей в бесконечных коридорах с белыми стенами. Идеальное место для изучения восприятия пространства: Дудченко утверждает, что этот запутанный план здания подсказал ему идеи нескольких экспериментов.
Подобно многим своим коллегам, он пытается понять, как нейроны решетки встроены в когнитивную карту. «О них много говорят, в частности о том, что они определяют метрику мозга, и возможно, так оно и есть. Но в таком случае это очень ненадежная метрика», – заметил он[116]. Дудченко рассказал, что группа нейробиологов из Университетского колледжа Лондона провела новое исследование на мышах и показала, что паттерны возбуждения нейронов решетки полностью нарушаются, когда животные исследуют знакомое место в темноте[117]. «И это действительно проблема. Грызунам навигационная система нужна именно после того, как погаснет свет. И если она перестает работать, это странно»[118].
Дудченко приходит в восторг при мысли о том, что нейроны решетки могут вести себя совсем не так, как предполагали большинство нейробиологов, и что некоторые из главных допущений исследователей неверны[119]. «Иногда мир более странен, чем мы о нем думаем. Вряд ли мы узнали всё. Возможно, это только начало, и подозреваю, нас ждет еще много открытий. Будут и другие сногсшибательные новости», – говорит он.
Без когнитивной карты, которая напоминает, что в этом месте мы уже были, мир был бы непознаваем. Но недостаточно просто знать, где мы находимся. Нам нужно еще знать, как попасть в то или иное место и как не сбиться с пути. Оказывается, наши когнитивные карты превосходно умеют вычислять маршруты к цели и запоминать их. Нейробиологи наблюдали, что, когда крыса прокладывает путь в лабиринте и идет по тому ответвлению, в конце которого находится, в гиппокампе животного активизируется больше нейронов места, и когнитивная карта получается более подробной
