Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - [44]

Третья идея заключается в том, что темные нейроны на самом деле отправляют информацию вполне нормально. Просто они делают это совместно. Каждый темный нейрон вносит лишь небольшой вклад, время от времени, по одному импульсу, но они составляют 90 % всех нейронов, в сумме получается много импульсов. Согласно этой идее, темные нейроны отправляют сообщения не посредством серий из множества импульсов от малочисленных нейронов, а огромным количеством единичных импульсов от большой группы. И поскольку отдельный нейрон должен получить легион входящих сигналов, чтобы в свою очередь отправить импульс, эта масса темных нейронов может быть очень эффективной. В следующей главе мы продолжим эту мысль.

Кроме того, болтливые нейроны не только составляют крошечное меньшинство, но и их болтовня вполне может отключаться на принимающей стороне. Вспомните, что синаптический сбой может быть задействован как контроль входящего сигнала, ослабляя влияние шумных нейронов и усиливая влияние тихих. На самом деле нейроны, чьи входы кратковременно подавляются, лучше всего реагируют на факт активности на их входящих синапсах, а не на общую частоту сигналов на входе [155]. Таким образом, группа темных нейронов, совместно посылающих спорадические импульсы, будет именно тем типом входящего сигнала, который возбуждает нейрон, подверженный краткосрочной депрессии. Как это ни парадоксально, синаптические сбои могут благоприятствовать редко срабатывающим нейронам.

Уточненная версия этой теории также предлагает нам другое представление о частоте использования конкретных нейронов для выполнения определенных функций. Темные нейроны составляют подавляющее большинство в любой области коры головного мозга. Вероятно, в каждой специализированной области гораздо больше нейронов, способных передавать одни и те же сообщения, чем необходимый минимум. Так что, возможно, каждая реакция, демонстрируемая этой областью, например на изображение, показанное V1, или на звук, переданный в слуховую кору, исходит из случайного подмножества темных нейронов (случайных с нашей точки зрения, а не с точки зрения мозга). Это подмножество отправляет один или два импульса, а затем надолго отключается. Поэтому нам кажется, что большинство нейронов почти всегда молчит. Тем не менее сообщение, посылаемое разными группами темных нейронов, каждый раз одно и то же.

Основываясь на идее случайного выбора, можно сделать предсказание, легко проверяемое экспериментально. Регистрируйте активность от группы нейронов, повторяя одно и то же внешнее событие снова и снова, показывая одно и то же изображение V1 или совершая одно и то же движение рукой. Тогда, очевидно, для большинства нейронов должно случайным образом варьироваться, будут ли они реагировать на каждое повторение события или нет. Мы наблюдаем именно такое случайное участие в группах нейронов, чувствительных к движениям вибрисс, при воздействии на усы грызунов [156]; в группах двигательных нейронов, контролирующих руки, при однообразных движениях [157]; и даже в группах нейронов, управляющих движением, во время повторяющихся фаз ползания у аплизий [158]. Тогда получается, что темные нейроны – на самом деле не темные, мы просто их неправильно поняли.

Три предположения о том, для чего нужны темные нейроны – три ответа на загадку, как нейроны, которые не посылают импульсов, каким-то образом участвуют в жизни мозга. Может, то болтливое меньшинство, которое надежно отправляет импульсы, то, что находятся в «длинном хвосте», легче понять? Увы, нет. Многие из них, кажется, болтают, не слушая.

Говорят, не слушая

Среди активных нейронов скрывается множество странных темных нейронов второго типа. Они проявляют нормальную активность, регулярно отправляя импульсы своим корреспондентам. Но при этом, похоже, ни на что не реагируют. Их импульсы не являются ответами на входящие сигналы, поскольку практически не меняются, что бы ни происходило во внешнем мире. Они говорят с другими нейронами, но, кажется, никого не слушают. Для внешнего мира они недосягаемы.

Эти темные нейроны были спрятаны у всех на виду – в огромных кучах бумаг с записями нейронной активности различных лабораторий с 1960-х и до начала 2000-х годов. Во всех этих статьях первое предложение, открывающее раздел «Результаты исследования» всегда было сформулировано примерно следующим образом: «Всего мы провели запись активности N нейронов, по одному за раз, предъявляя стимул X или вызывая движение Y. Мы обнаружили, что M из N нейронов откликнулись на предложенный стимул, они и будут предметом данной статьи». Количество откликнувшихся нейронов M всегда было намного меньше, чем общее количество активных нейронов N, так что остальные результаты просто выбрасывали! Что же делали те, другие нейроны, нейроны «N минус M», невосприимчивые к предложенному стимулу?

Темные нейроны второго типа особенно отчетливо видны в современных исследованиях, позволяющих вести запись активности многих нейронов одновременно. Ведь теперь мы можем брать огромные группы нейронов, исчисляемые сотнями или тысячами, и исследовать каждый из них индивидуально на предмет его настройки, выяснять, на какие стимулы из внешнего мира он реагирует. Когда Саймон Перон и его коллеги анализировали свои записи из участка коры, отвечающего за сигналы мышиных усов, они назвали 67 % этих нейронов «активными» – включая те, что почти не отправляли импульсов. Исследуя, на что реагируют эти 67 %, они обнаружили, что 28 % отправляли импульсы без какой-либо привязки к поставленным задачам. Они не демонстрировали никакой настройки на то, двигалась ли вибрисса или упиралась в столбик; не было явной разницы в том, находится ли столбик на пути усика или ощупывает ли усик столбик слева или справа. 28 % активных нейронов в самой первой части коры головного мозга, получающей данные от одной-единственной вибриссы, по-видимому, совершенно не слушали, что этот усик пытался им сообщить.