Семь с половиной уроков о мозге. Почему мозг устроен не так, как мы думали - Лиза Фельдман Барретт

Некоторые из нервных клеток связаны между собой и изначально выполняют сразу несколько задач. Давайте рассмотрим, например, одну из составляющих префронтальной коры — дорсомедиальную префронтальную кору. Она постоянно контролирует наш биологический бюджет и при этом регулярно влияет на память, возникновение эмоций, восприятие, принятие решений, ощущение боли, формирование суждений на темы морали, воображение, язык, эмпатию и т. п.

В целом нет такого нейрона, который всегда выполнял бы лишь какую-то одну функцию. Просто для решения конкретной задачи одни нервные клетки могут задействоваться с большей долей вероятности, чем другие. Даже когда ученые дают той или иной области мозга название, обозначая ее способность участвовать в определенном процессе — например «зрительная кора» или «языковая сеть», — это скорее свидетельствует о том, что в момент, когда было придумано название, ученых интересовал именно вопрос зрения или способности говорить, а не о том, что у данной области мозга лишь одна конкретная функция. Я не имею в виду, что каждый нейрон может решать любую задачу. Но каждый способен выполнять по крайней мере больше одной, так же как любой аэропорт обладает ресурсами и для запуска двигателей самолетов, и для продажи билетов, и для того, чтобы предложить нам паршивую еду.

Есть и еще одна любопытная особенность: достижение одной и той же цели могут обеспечивать разные группы нервных клеток. Попробуйте прямо сейчас потянуться рукой к чему-нибудь, что находится прямо перед вами, например к телефону или шоколадному батончику. Теперь верните руку в прежнее положение, а затем опять потянитесь к тому же предмету. Даже такое простое движение, если его повторить несколько раз, каждый раз будет выполняться при помощи разных скоплений нейронов. Этот феномен называется «вырожденностью».

По мнению ученых, вырожденность существует в любой биологической системе. Так, разные комбинации генов могут отвечать за один и тот же цвет глаз. Без вырожденности не обходятся ни обоняние, ни иммунная система. Если вновь провести аналогию с транспортом, то, например, из Лондона в Рим можно долететь, используя услуги разных авиакомпаний, разными рейсами, разными самолетами, в которых будут разные бортпроводники и разные места. А еще второй пилот может заменять основного. Вырожденность в мозге выражается в том, что наши действия и восприятие осуществляются разными путями. Так, всякий раз, когда вы чего-то боитесь, страх возникает как результат активности разных групп нейронов.

Итак, представление мозга как сети позволяет понять многие аспекты его работы — от медленных изменений за счет пластичности до более стремительных перемен, возникающих благодаря нейротрансмиттерам и нейромодуляторам, и способности нейронов выполнять разные функции.

Сетевая организация дает и еще одно преимущество. Она наделяет мозг особым, ключевым для нашего мышления свойством — сложноструктурностью. Речь идет о способности мозга формировать внутри себя невероятное множество различных нейронных паттернов.

В общих чертах эта сеть — система из большого количества частей, взаимодействующих между собой и осуществляющих множество непохожих друг на друга видов активности. Пример такой системы — авиационное сообщение между разными странами, так как его слагаемые — агентства по продажам билетов, авиадиспетчеры, пилоты, самолеты, наземное обслуживание пассажиров и т. п. — находятся в постоянной взаимосвязи, чтобы вся структура функционировала эффективно. Работа подобных сложных сетей — это всегда нечто более масштабное, чем просто сумма активностей их частей.

Сложноструктурность позволяет нашему мозгу быть гибким в любой ситуации. Мы имеем возможность мыслить широко, абстрактно, обогащать свою лексику, рисовать в воображении будущее, разительно отличающееся от настоящего, использовать творческое мышление и придумывать идеи, на основе которых в дальнейшем можно будет создавать, например, самолеты, висячие мосты и роботы-пылесосы. Сложноструктурность помогает думать о чем-то более масштабном, например о космосе, а еще анализировать прошлое и предсказывать будущее так, как это недоступно ни одному из животных. Все это мы можем делать не только благодаря сложному строению мозга; у многих других видов животных он тоже устроен непросто. Сложноструктурность — критически важный компонент этих способностей.

В чем именно заключается сложноструктурность мозга? Представьте себе миллиарды нейронов, каждый из которых посылает сигнал целому ряду других нейронов — при помощи нейротрансмиттеров, нейромодуляторов и иными способами. Так в целом выглядит активность нашего мозга. Сложноструктурность в данном случае означает, что мозг способен создавать из небольших частей своих старых паттернов огромное количество новых. Благодаря этому сеть нейронов, непрерывно «вспоминая» виды поведения, оказавшиеся полезными в прошлом, и пробуя формировать новые, эффективно управляет всем телом в непростой, все время меняющейся окружающей среде.

Степень сложности системы определяется тем, какой объем информации она способна обрабатывать, изменяя свою конфигурацию[38]. В этом смысле, скажем, сеть международных авиасообщений крайне сложная. Пассажиры имеют возможность полететь почти в любую точку мира, сочетая разные рейсы. Когда открывается новый аэропорт, система международных аэропортов способна переформировать себя, чтобы подключить его к общей сети. Если же один из аэропортов пострадает от воздействия стихии, некоторые рейсы отменятся или будут отложены, но в итоге система авиасообщений сможет перестроиться и найдет способ восстановить привычный ритм работы. Любые менее сложные системы неспособны достаточно эффективно менять свою конфигурацию. Например, если бы для каждого маршрута существовал всего один план полета, а все самолеты вылетали бы из одного и того же хаба, то, выйди этот хаб из строя, и работа всей системы авиасообщений сразу застопорилась бы.

Для того чтобы понять разницу между системами разной степени сложности, давайте рассмотрим еще один пример. Представьте себе два человеческих мозга, устроенных проще, чем ваш. Допустим, в первом есть такие же 128 миллиардов нейронов, как и у вас, но каждый из них взаимодействует сразу со всеми остальными. Когда один получает сигнал, заставляющий его изменить частоту испускания импульсов, то так же меняют свою работу и все остальные нервные клетки. Давайте назовем мозг с таким единообразным строением «мясной рулет»[39]. Эта система с точки зрения функциональности проще, чем ваш мозг, так как все 128 миллиардов ее элементов ежесекундно действуют как один-единственный элемент.