Мозг и его потребности. От питания до признания - Вячеслав Дубынин

REM-сон – это фаза активной работы мозга с информацией. Она очень важна, например, с точки зрения процессов образования и сохранения памяти.

Парадоксальный сон можно сравнить с разборкой архива, когда мозг перелопачивает и обрабатывает (в том числе повторно) данные, накопленные за текущий день, за последний месяц, год, может быть, за всю жизнь. И все это вплетается в наши сны. Поэтому в снах запросто всплывают события, которые случались с нами давным-давно, о которых мы уже много лет не вспоминали. Во время сна продолжается обработка информации, и поэтому бывают творческие сны и прогностические сны (последние порой называют «вещими»).

В жизни многих творческих людей сны играли важную роль: именно в этот момент рождались великие научные идеи, происходили поэтические озарения и т. п. Самый яркий, пожалуй, пример – гений сюрреализма Сальвадор Дали, который специально засыпал, сидя в кресле, с ложкой в руке. Ложка падала в таз, будила его, и он быстро зарисовывал явившиеся во сне видения. Судя по количеству созданных картин, Дали только и делал, что спал и рисовал, спал и рисовал. Потрясает и глубочайшее содержание его произведений, и качество их исполнения, и производительность художника. И конечно, одно из величайших произведений – картина, которая так и называется: «Сон, навеянный полетом пчелы вокруг граната за миг до пробуждения». В этом названии прямое указание на источник образов и сюжета.

В списке жизненно важных витальных программ, помимо связанных с едой, безопасностью, гомеостазом, присутствуют программы экономии сил, которые порой называют алгоритмами лени. Реализация этих программ тесно переплетается, с одной стороны, с состоянием утомления («запредельного торможения», по И. П. Павлову), с другой стороны – с основополагающим принципом экономии ресурсов и энергии всяким живым организмом, начиная с бактерии. Принцип экономии с очевидностью адаптивно обоснован и вплетен в деятельность клеток организма человека (на биохимическом, молекулярном уровне), в работу всех систем нашего тела и, конечно, в функционирование мозга. Мы предполагаем, что в нервной системе в ходе реализации того или иного поведения импульсы, сигналы распространяются по нейронным цепям и сетям наиболее оптимальным, минимизирующим затраты энергии образом. Подобная оптимизация является результатом эволюционного процесса (если речь идет о врожденных программах) либо итогом дополнительной настройки и пластических изменений синапсов (если мы имеем дело с обучением).

Примером может служить процесс перехода от генерализации к специализации условного рефлекса, описанный еще в работах уже не раз упомянутого И. П. Павлова. На электрофизиологическом уровне (корреляционный анализ ЭЭГ человека в ходе выработки сенсомоторного навыка) соответствующие данные получены во второй половине прошлого века академиком М. Н. Ливановым[[49] ].

Оптимизацию проведения сигналов, подавление активности лишних нейронов – участников этого процесса можно наблюдать, анализируя алгоритм «латерального торможения», на структурном и функциональном уровне присущий многим нейросетям, входящим с состав сенсорных и двигательных систем мозга. В синаптологии экономия ресурсов проявляется в форме так называемого прунинга – непрерывно идущего, прежде всего в коре больших полушарий, процесса разрушения малоактивных синапсов (от pruning – «подрезка», «обрезка», например, ветвей деревьев).

Наконец, о том же свидетельствуют эксперименты по компьютерному моделированию нейросетей, наделенных свойствами самообучения, настройки реагирования, например, на сложные комплексы входных сигналов.

Например, можно научить обезьяну (скажем, небольшую мартышку) дергать за рычаг и получать кусочек банана. Если в ее распоряжении будут два рычага, один из которых нажимать легко, а другой – тяжело, даже не надейтесь, что обезьяна станет заниматься фитнесом. Она будет использовать тот рычаг, который легче повернуть. Мы постоянно поступаем аналогичным образом, начиная с ситуации, когда мы срезаем угол по газону, и кончая надеждой, что можно отложить и не делать какую-то работу именно сегодня («прокрастинация»). Это действительно порой именуется ленью и в тяжелом случае может нарушать все поведение и жизнь человека, недаром великий Данте поместил ленивых в пятый круг Ада, то есть достаточно глубоко.

Карта местности и траектория перемещений в пространстве

Программы экономии сил в яркой форме проявляют себя при сокращении пути. Напомним, что одним из важнейших способов сбора новой информации является исследование доступной территории (см. главу 3). Важнейшая роль при этом принадлежит гиппокампу и окружающим его структурам, которые в числе прочих функций запоминают и эксплуатируют «карты местности». Норвежские нейрофизиологи Мей-Бритт и Эдвард Мозеры[[50] ] и их американский коллега Джон О'Киф[[51] ] в 2014 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за исследования именно этой функции мозга у лабораторных крыс.

В их работе можно выделить несколько этапов. Еще в 1970-е годы было показано, что в тот момент, когда животное проходит предложенный учеными лабиринт, в его гиппокампе обучаются «нейроны места», формирующие когнитивную карту экспериментальной камеры. Параллельно другие нейроны (необязательно в гиппокампе) работают с информацией от систем мышечной и вестибулярной чувствительности, запоминая что-то вроде: «От входа в лабиринт мы прошли сначала полметра прямо, потом метр налево и потом еще метр направо». Апофеозом работы этой системы является наложение друг на друга когнитивной и мышечной карт, а также учет глобальных ориентиров (положение Солнца и/или магнитного поля Земли, яркие метки на стенах экспериментальной комнаты; а в природе – крупные камни, здания, деревья, берега водоемов и прочие значимые объекты). Таким образом, в мозге взаимодействуют текущая траектория движения и карта местности с привязанной к чему-то основополагающему системой координат (точнее, как было показано, несколько карт с разной степенью детализации). И когда нервная система проводит сопоставление таких карт, появляется возможность сократить путь: уже не углами идти туда или обратно, а бежать по прямой, потому что нейросети все просчитали. Это явная экономия сил!