Скорость мысли. Грандиозное путешествие сквозь мозг за 2,1 секунды - [78]
Зонд Neuropixels прекрасно иллюстрирует, как происходит это удвоение. Впервые он появился в 2017 году, представляя собой что-то вроде авторучки, из которой выдвигается тонкая силиконовая полоска, глубоко вставляемая в мозг животного и настолько плотно заполненная контактными площадками, что каждый зонд может регистрировать отдельные импульсы, исходящие от двух сотен нейронов [316]. Если имплантировать несколько таких зондов в один мышиный мозг, можно получить возможность регистрировать активность до 1000 нейронов одновременно [317]. Это позволяет записывать нейроны, рассредоточенные по всему мозгу. Поскольку эти зонды длинные, а кора головного мозга грызуна имеет толщину менее миллиметра [318], 10-миллиметровая силиконовая полоска проходит глубоко в мышиный мозг, записывая импульсы из многих областей, которые до сих пор никогда не регистрировались вместе в одно и то же время [319].
Это позволяет сделать простой, но многозначительный прогноз о том, что станет с нашим пониманием импульсов в ближайшем будущем: оно снова будет перевернуто с ног на голову. Выполняя запись из множества областей мозга одновременно, мы наверняка опровергнем множество хороших теорий о том, что часть мозга X отвечает за выполнение действия Y. Когда мы сможем видеть импульсную активность во многих областях мозга одновременно, мы, скорее всего, обнаружим, что многие регионы вовлечены в одно и то же действие – в принятие решений, движение, запоминание, восприятие – и, что очень важно, многие из этих регионов даже не находятся в коре головного мозга. На самом деле мы можем оказаться на пороге нового взгляда на мозг, менее ориентированного на первенство кортекса в его высших функциях.
Если быть более конкретными, мы можем сделать два довольно уверенных прогноза относительно тех типов данных, на которые можно рассчитывать в ближайшем будущем. Первый – это просто регистрация большего количества импульсов от большего количества нейронов одновременно, чем мы могли представить всего десять лет назад. Существующая технология визуализации кальция в нейронах дает намек на то, сколько импульсов мы можем различать. Верхними пределами этой технологии будет визуализация около десяти тысяч нейронов одновременно у млекопитающих и десятков тысяч у мальков рыбок данио [320]. (Почему рыбки данио? Потому что у них полупрозрачные головы! Светящееся химическое вещество в их мозгу можно просто снимать на видео снаружи.) Визуализация кальция напрямую не регистрирует импульсы; она фиксирует более медленные изменения концентрации кальция внутри тела нейрона, вызванные импульсами. Это полезная информация об импульсной активности, но она не обеспечивает четкого и однозначного соответствия между генерацией импульса и изменением концентрации кальция [321].
Тем не менее развитие технологии визуализации кальция означает, что мы уже разработали весь необходимый нам набор технических средств – микроскопы, системы перемещения камер, программное обеспечение для анализа – для записи изображения активности многих тысяч отдельных нейронов. Итак, все, что нам теперь нужно сделать, – это заменить химическое вещество, чтобы яркость свечения, которая пропорциональна концентрации кальция, была пропорциональна и электрическому потенциалу в теле нейрона. Тогда в принципе мы получим возможность визуализировать импульсы тысяч нейронов.
И мы уже (почти) можем это сделать.
Визуализация напряжения – это прямая видеосъемка свечения молекул, реагирующих на изменение электрического потенциала. По правде говоря, эта технология известна уже несколько десятилетий [322]. Но до сих пор мы могли использовать ее только для изучения импульсов одиночных нейронов у простых беспозвоночных, у пиявок и аплизий, потому что у них есть гигантские нейроны, производящие небольшое количество импульсов [323]. Просто потому, что визуализация напряжения намного менее чувствительна по сравнению с визуализацией кальция; при визуализации напряжения мы пытаемся регистрировать гораздо более быстрые явления – импульсы – и с гораздо, гораздо меньшим количеством химического вещества, которое может светиться в ответ на изменение потенциала. В отличие от химических веществ для визуализации кальция, которые могут заполнять тело нейрона, чувствительные к напряжению люминесцирующие вещества могут находиться только в мембране нейрона, потому что именно там есть перепад потенциала, как мы узнали в начале второй главы. Грубо говоря, количество химического вещества, чувствительного к кальцию, будет пропорционально объему тела нейрона, а чувствительное к напряжению химическое вещество пропорционально только площади его мембраны, что означает намного меньшее его количество и намного большие сложности с детектированием его свечения. Таким образом только действительно гигантские нейроны – с огромной площадью поверхности – могут содержать достаточно чувствительного к напряжению химического вещества, чтобы изменения их потенциала можно было обнаружить по его свечению. И только у беспозвоночных мы можем найти такие гигантские нейроны с телами в десятки микрометров в поперечнике. Только в этих существах мы могли напрямую использовать магию непосредственной видеосъемки импульсов.
