Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - [47]

Слуховой аппарат совы является вместилищем наиболее подробно изученной схемы, работающей на временных интервалах импульсов [168]. Маленьким лесным грызунам слишком хорошо знакомы удивительные возможности этой схемы. Совы могут точно определить местонахождение суетливого мышонка по одному лишь звуку. Их мозг делает это, используя разницу во времени прихода звука в левое и правое ухо. Если звук идет от объекта, расположенного прямо по направлению взгляда, он достигает обоих ушей одновременно. Если он идет слева, то достигает левого уха на несколько миллисекунд раньше правого, и наоборот. Точная задержка пропорциональна углу между звуком и направлением головы совы: чем левее, тем дольше будет задержка между левым и правым ухом. «Дольше» в этом случае – меньше миллисекунды.

Оказывается, каждый аксон от первой группы нейронов в слуховой области мозга совы имеет крайне специфическое и точное время прохождения импульса, отправленного этими сенсорными клетками в ответ на звук, поступающий в их ухо (рис. 7.2). И эти первые наборы аксонов от сенсорных нейронов левого и правого уха приходят ко второй группе нейронов, расположенной в ламинарном ядре. Здесь находятся клетки, которые отправляют импульс, если импульсы от нейронов обоих ушей прибудут одновременно. Но если между приходом звука в каждое ухо есть задержка, как могут импульсы приходить в одно и то же время? Вот тут и проявляются эти очень точные задержки.

Допустим, нейрон из второй группы является детектором звуков под углом 30° влево. Это означает, что он должен выдать импульс, если звук достигает левого уха раньше правого с определенной задержкой, соответствующей 30°. Для этого он будет получать входные данные от определенного набора аксонов от левого уха и от определенного набора более быстрых аксонов от правого уха. Важно отметить, что аксоны правого уха быстрее аксонов левого уха ровно настолько, чтобы скомпенсировать задержку звука, поступающего сначала в левое, а затем в правое ухо. Скомпенсировать с точностью до доли миллисекунды. Совы ловят мышей, используя сверхточное временное кодирование импульсов для звуковой локации.

Рисунок 7.2. Точное время прохождения импульсов в слуховом контуре совы. Звук от мыши, сидящей под углом в 30° влево от направления головы совы, дойдет в левое ухо немного раньше, чем в правое (здесь на 0,5 миллисекунды раньше). Теперь рассмотрим схему нейронных связей; числа указывают скорость передачи в миллисекундах. Первые нейроны, принимающие звук из левого уха, ответят на полмиллисекунды раньше, чем нейроны, принимающие звук из правого уха. Исходящие данные левых и правых нейронов приходят на нейроны ламинарного ядра. Есть особый набор нейронов правой стороны, аксоны которых толще настолько, чтобы передавать импульсы на полмиллисекунды быстрее, чем от нейронов слева. Это означает, что этот конкретный нейрон ламинарного ядра будет получать импульсы от нейронов с левой и правой стороны одновременно – и отправлять собственный импульс, который означает «звук на 30° влево».

Точно рассчитанные задержки не распространяются только на сов. У грызунов первая слуховая часть коры головного мозга, которая получает сигнал непосредственно от реагирующих на звук нервных клеток, производит то, что Майкл ДеВиз и его коллеги назвали «бинарным образованием импульсов» [169]. При воспроизведении звука нейрон либо посылает одиночный импульс в начале звука, либо ничего не делает. И если какой-то звук действительно вызывает одиночный импульс, его повторение будет вызывать каждый раз импульс с той же задержкой от начала звука. Следовательно, это бинарный сигнал, двоичный код – импульс (1) или его отсутствие (0) с точно определенной задержкой после начала звука.

Исходящие нейроны сетчатки – ганглиозные клетки – демонстрируют точно такую же задержку импульсов. Каждый раз, когда ганглиозной клетке представляется определенный рисунок из пикселей света и тени (в контролируемой ею части видимого пространства), первый импульс, который она посылает, тоже происходит с задержкой в пределах нескольких миллисекунд [170]. Основываясь на этом, Тим Голлиш и Маркус Майстер показали в 2008 году, что каждая ганглиозная клетка, по-видимому, осуществляет кодирование посредством латентности импульса – задержки его отправки. Для разных изображений клетка отправляет свой первый импульс с разной задержкой, но при повторении одного и того же изображения задержка одинакова [171]. Латентность первого импульса кодирует гораздо больше информации (буквально, в битах), чем количество импульсов, позволяя определить, какое изображение было показано. Работая с большой группой ганглиозных клеток, Голлиш и Мейстер смогли использовать только латентность импульсов, чтобы реконструировать представленную картину. Да, нечеткую, черно-белую картину. Но все же задержка отправки импульсов в сетчатке, кажется, действительно используется для кодирования сообщений.

Каждому свое?

Как сообразительный читатель вы, возможно, заметили то, чего десятилетиями не замечали нейробиологи: Счетчики рассматривают один набор областей мозга, а Таймеры – другой. Часто они изучают абсолютно разные виды животных. Для тех, кто заглядывает вглубь коры, гиппокампа или миндалевидного тела, или изучает моторные нейроны в спинном и продолговатом мозгу, подсчет импульсов кажется логичнее. Те, кого интересуют первичные звенья сенсорных систем, сетчатка, первые слуховые или тактильные зоны мозга, получающие сигналы от чувствительных клеток ушей или вибрисс, повсюду замечают время и латентность.