Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - [43]

Эти темные нейроны должны что-то делать. Нейрон обходится организму слишком дорого – его дорого вырастить, дорого поддерживать в нем жизнь и дорого использовать [152]. Мозг ежедневно расходует около 20 % всего вашего энергетического бюджета. На одно только поддержание жизнеспособности и хорошего состояния клеток мозга уходит около 25 % энергетического бюджета мозга, то есть 5 % вашего общего бюджета каждый день. Мы уже видели, как дороги синапсы: примерно половина энергии, расходуемой нейронами, приходится на их входы; другая половина уходит на создание импульсов [153]. Темные нейроны потребляют энергию, чтобы остаться в живых и получать входящие сигналы, но практически не производят никаких исходящих данных. Возможное решение – перевернуть этот вопрос, оттолкнуться от энергии, которую они не используют. В конце концов, один из способов сохранить часть энергии – не отправлять импульсы, ведь так можно вдвое уменьшить затраты энергии на использование нейрона.

Но если бы вам не были нужны темные нейроны, эволюция не стала бы заботиться об их существовании. И при развитии организма не тратилось бы столько энергии на их выращивание, деление и распространение аксонов в нужные места. У вашего тела есть масса вещей поинтереснее, на которые можно было бы потратить этот энергетический бюджет, кроме мертвого груза нервных клеток в голове. Было бы абсурдно заполнять зрительную кору нейронами, которые ничего не видят. Абсурдно выращивать массивную префронтальную кору, а затем заполнять ее нейронами, сидящими там в темноте. Так для чего они нужны? Есть три идеи.

Самая простая состоит в том, что в лаборатории мы не просим мозг делать что-нибудь интересное. В конце концов, в ходе экспериментов мы можем исследовать лишь крошечную часть реальных данных, получаемых этими нейронами. Так что, возможно, наши выборки недостаточно богаты и нам нужны записи нейронов животных, которые ведут себя естественно в течение очень долгого времени – дней, недель, месяцев, – чтобы выяснить, для чего они нужны. Затем, если мы сможем зарегистрировать реакции мозга на достаточное количество разнообразных событий в жизни животного, то сможем узнать, на что реагируют темные нейроны. Технически эта задача в пределах нашей досягаемости. Практически – не все так просто. Некоторым бедным аспирантам пришлось бы делать эти записи, запираясь в лаборатории на несколько недель подряд, пожертвовав личной жизнью, романтическими партнерами и чувством собственного достоинства в процессе.

Как утверждает Бруно Ольсхаузен, аргумент о скучном лабораторном мире не лишен правдоподобия для первичной зрительной зоны V1 [154]. Стимулы, которые мы используем в экспериментах, слишком просты, они плохо отражают реальный мир, и все нейроны в V1 действительно реагируют на что-то в окружающем мире – просто мы никогда не узнаем этого, если не сможем зарегистрировать всю их активность в течение жизни. Согласно этой идее ограниченная активность также связана с максимально эффективным использованием энергии, доступной мозгу. Теория состоит в том, что V1 имеет так называемую разреженность популяции, когда каждый нейрон в V1 крайне избирательно реагирует на внешние факторы, поэтому энергия не тратится впустую группами нейронов, реагирующих на одно и то же событие, и избыточная информация не отправляется. А это в свою очередь означает, что существует разреженность не только в пространстве, но и во времени – на протяжении всей жизни животного: если эти избранные события, на которые реагирует нейрон, случаются редко, нейроны будут редко посылать импульсы. Следовательно, проблема темных нейронов – в нашей ограниченной способности исследования мозга.

Вторая идея состоит в том, что темные нейроны – это резервная армия, застывшая в ожидании чего-нибудь новенького. Продолжительность жизни приматов велика, заполнена событиями, которые нужно помнить, навыками, которые нужно приобрести, лицами, которые нужно учиться различать. А если говорить о людях, то наше уникальное умение изучать новые концепции, идеи и слова предъявляет высокие требования к нашей способности представлять вещи с помощью импульсов. Часть этого обучения будет происходить путем изменения эффективной силы связей между нейронами – и, в экстремальном случае, путем изменения с исходно нулевых значений – будь то увеличение амплитуды скачка потенциала, повышение надежности синапса или и то, и другое. Повышение эффективности возбуждающего воздействия на темный нейрон в свою очередь увеличивает частоту отправления им импульсов. В результате, так же, как и в первой теории, причина, по которой мы не знаем, для чего нужны темные нейроны, заключается в том, что мы регистрируем их активность только в очень короткие моменты из всего их жизненного цикла, даже у грызунов, которые живут всего несколько лет. Поэтому мы просто не видим, задействуются ли темные нейроны с течением времени.

Однако эта простая идея осложняется тем фактом, что мозг не может беспечно увеличивать количество нейронов, посылающих импульсы. Во-первых, это увеличит потребление энергии, поэтому в теории, по мере того как резервные нейроны активируются, другим нейронам потребуется подавление. Во-вторых, эти новые импульсы необходимо уравновесить: увеличение количества импульсов возбуждения необходимо сбалансировать увеличением количества импульсов торможения, чтобы предотвратить неконтролируемые всплески активности.