Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи - [24]
Механизмы, выделяющие важные маршруты, – это один из самых интересных аспектов когнитивной карты. Нейробиологи обратили внимание, что, после того как крыса прошла лабиринт и добралась до вознаграждения, паттерны возбуждения нейронов места и нейронов решетки в гиппокампе и энторинальной коре повторяются во время отдыха или сна – как песня в режиме повтора[121]. По всей видимости, крыса закрепляет в памяти карту маршрута, подсознательно повторяя его, но со скоростью, в десять или двадцать раз превышающей изначальную. Это очень важно для навигации: если помешать повторению, лишив крысу отдыха, на следующий день ей сложнее справляться с тем же заданием[122].
Когнитивное повторение играет большую роль в закреплении памяти о поиске пути[123], но это не единственная его функция: повторение используется для планирования маршрута. Когда крысы ищут еду, они часто останавливаются перед разветвлением лабиринта, выбирая путь. Нейробиологи из Университетского колледжа Лондона изучали, что происходит в мозге крысы, когда она выбирает, куда свернуть, и регистрировали последовательность нервных импульсов в гиппокампе. К их удивлению, выяснилось, что гиппокамп не только формирует память, но и, по всей видимости, предсказывает будущее. Перед тем как крыса снова отправится в путь, нейроны места начинают выдавать характерную последовательность стремительных импульсов, словно повторяя недавнее путешествие, – с той лишь разницей, что путешествие еще только предстоит: когда крыса делает выбор и бежит в одно из ответвлений, точно такая же последовательность импульсов возникает в ее гиппокампе. Создается впечатление, что крыса просчитывает варианты, затем выбирает один из них и следует выбранному плану[124]. Обратите внимание: это не сложный процесс принятия решения, поскольку крыса сначала представляет будущее, а затем выбирает только те маршруты, которые, как ей известно, точно ведут к еде. Это значит, что когнитивное повторение, когда бы оно ни происходило – до путешествия или после, – сформировалось как способ помочь животному достичь явной цели: если вознаграждения нет, зачем тратить ресурсы мозга?
Основываясь на данных о последовательности возбуждения нейронов места в гиппокампе, когда животное останавливается у развилки, исследователи недавно научились успешно предсказывать – по крайней мере, в некоторых случаях, – куда повернет крыса в лабиринте[125]. «Мы заглядываем в мозг животного и говорим: “Ага, вот что теперь оно будет делать”, – рассказывает Фрейя Олафсдоттир с кафедры клеточной и эволюционной биологии Университетского колледжа Лондона. – Это немного пугает».
Мы не можем точно сказать, как реагирует на перемещение в пространстве мозг человека: люди, по очевидным причинам, не склонны вживлять электроды себе в голову. Однако ученые могут измерять активность мозга иначе, используя метод сканирования под названием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В данном случае регистрируются не паттерны возбуждения отдельных нейронов, а изменение кровотока, происходящее по причине их возбуждения: оно служит довольно надежным показателем их активности. Аппараты фМРТ весят несколько тонн и требуют, чтобы испытуемый неподвижно лежал на спине внутри сканера, совершать «навигацию» там можно с помощью виртуальной реальности, имитирующей движения, – несмотря на отсутствие чувства движения и сигналов от вестибулярного аппарата, видеороликам довольно хорошо удается убедить мозг.
Технология фМРТ помогает исследователям понять, что происходит в нашем мозге, когда мы строим путь к месту назначения – например, идем из дома в магазин или с работы в банк. Хьюго Спирс, заведующий Лабораторией пространственного восприятия в Университетском колледже Лондона, посвятил поискам ответа на этот вопрос большую часть своей научной карьеры. Недавно он разработал видеоигру, в которой участникам нужно проложить путь через лабиринт узких улиц и переулков лондонского Сохо – своего рода эквивалент лабиринта, в который запускают крыс. Сначала он проводит с испытуемыми прогулку по этому району, чтобы они познакомились с расположением улиц и разных магазинов, ресторанов и других ориентиров. Затем участник эксперимента ложится в сканер фМРТ, и ему показывают ряд видео с путешествиями по улицам Сохо. Путешествия интерактивны: нужно найти кратчайший путь к цели, а на перекрестках решать, куда свернуть. И еще Спирс, усложняя задачу, порой менял место назначения в середине пути и заставлял испытуемых на ходу вырабатывать новую стратегию.
Как и предполагали Спирс и его коллеги, сама навигация и размышления о ней вызывают активизацию нейронов в гиппокампе и энторинальной коре. Но степень возбуждения и его локализация зависят от типа навигационной задачи, которую решает мозг. Энторинальная кора по большей части озабочена тем, насколько далеко человек находится от пункта назначения: если это расстояние (по прямой) меняется, как в том случае, когда Спирс неожиданно менял цель, то в последовательности возбуждения наблюдается сильный всплеск. Гиппокамп, напротив, больше заинтересован в анализе точного маршрута, которым следует испытуемый: чем длиннее и сложнее маршрут, тем активнее эта область мозга
