Елена Белова - Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

В какую бы сторону ни двигалось животное, нейроны решетки внутри энторинальной коры будут подавать сигналы через регулярные промежутки, отсчитывая пройденное расстояние с учетом направления движения. Кроме того, там же есть нейроны границы: пока животное перемещается по открытой части, они пассивны, но когда животное подходит к стене вольера или клетки, активируются. Там же есть нейроны скорости, следящие за тем, в каком темпе животное движется из точки A в точку B; нейроны положения головы, которые вносят поправку в навигационные маршруты, когда животное поворачивает голову вправо или влево.

В общем, в гиппокампе и по соседству с ним располагается мощнейший навигационный аппарат, который постоянно мониторит, где находится животное, куда и с какой скоростью направляется, сколько времени прошло и т. п. Отслеживая все перемещения животного, она помогает ему сориентироваться и найти дорогу/составить маршрут из одного места в другое.

Гиппокамп работает в связке с несколькими соседними отделами мозга, включая энторинальную кору. Нейроны места в гиппокампе и нейроны решетки, границы и еще несколько типов клеток отслеживают перемещения крысы по вольеру. Чтобы понять, чем занимается нейрон, ученые накладывают периоды активности нейрона (темные пятна) на карту перемещений животного (серые линии). Таким образом можно получить рецептивное поле для каждого отдельного нейрона, который находится возле контакта электрода в мозге крысы.

Итак, в поисках памяти ученые нашли в гиппокампе сложно устроенную навигационную систему. А как же воспоминания? Когда удалось провести более сложные эксперименты с одновременной записью работы гиппокампа, выяснилось, что в него попадает не только информация о месте, где находится животное, туда же сходятся все остальные данные, помогающие ориентироваться животному и важные в той или иной ситуации. Если крыс обучали перемещаться по вольеру по запаховым меткам в поисках спрятанных приманок, то в гиппокампе обнаруживалась информация о запахах. Зрительные, слуховые и тактильные сигналы, помогающие животному сориентироваться, достигали гиппокампа и влияли на активность его нейронов [8].

Гиппокамп отвечает за контроль перемещений человека в пространстве и за составления «плана-карты» в незнакомом месте.

По большому счету, навигация и способность сориентироваться на местности, чтобы найти еду, питье или укрытие, избежав при этом встречи с голодными хищниками и любыми другими неприятностями, — это очень важно. Из этого и состоит подавляющая часть жизни обычной зверушки, и иметь мозг, способный оперативно составить карту местности и привязать к ней самые значимые стимулы — все источники благ и угроз, которые встречаются в твоей среде обитания, — это очень разумно и полезно. Этим как раз и занимается гиппокамп, отслеживая перемещения своего хозяина в знакомых местах или составляя план незнакомой местности на будущее: мало ли, вдруг пригодится. Гиппокамп отслеживает наши действия и перемещения, а также то, что в этот момент происходит вокруг, — это и есть ткань воспоминаний, которые мы потом пересказываем друг другу. Все истории, которыми люди делятся друг с другом, те, что легли в основу литературы, театра и кинематографа, состоят из событий, которые происходят с героями: кто куда пошел, с кем встретился, что там сделал и сказал и что из-за этого вышло.

Оказываясь в незнакомом месте, человек сначала мыслит маршрутами. Переехав в незнакомый район или другой город, он первым делом запоминает путь до ближайшей остановки общественного транспорта, в магазин и обратно, из дома на работу, до ближайшей аптеки, парикмахерской, до кафе неподалеку от дома. Однако по мере того как район становится все более знакомым, из отдельных маршрутов начинает формироваться карта: теперь уже не надо идти от автобуса домой и только оттуда в магазин; можно срезать и сразу пройти к магазину через дворы. Иногда, наоборот, есть время и настроение прогуляться, и мы выходим из автобуса раньше, чтобы дорога до дома была длиннее, или идем к дому широкой петлей через парк или сквер. Теперь вместо набора маршрутов у нас в голове есть карта района, где мы живем: она не требует специальной последовательности поворотов, чтобы дойти из точки А в точку Б, можно перемещаться по ней как угодно, прекрасно понимая, где мы находимся в каждый момент времени и где относительно нас находятся все остальные точки притяжения (дом, остановка, сквер, магазин и т. п.).

Похоже, что гиппокамп — идеальное место для формирования карт на основе маршрутов.

И это касается не только тех карт, о которых шла речь выше. Гиппокамп умеет создавать когнитивные карты, увязывая вместе элементы разных событий и вычленяя общие связи и закономерности [9]. Скорее всего, именно таким образом на основе эпизодических воспоминаний формируются знания, которые составляют семантическую память: вычленяются важные повторяющиеся паттерны/связки в информации, с которой мы сталкиваемся день за днем [10]. Если я переезжаю на улицу Ленина — это эпизодическое воспоминание, но вот проходит неделя или месяц, и теперь в моей семантической памяти появляется новый факт: теперь я живу на улице Ленина. Или я люблю фильмы о дикой природе и читаю книги Джеральда Даррелла [39] Английский натуралист, писатель, основатель Джерсийского зоопарка и Фонда охраны дикой природы, которые сейчас носят его имя. — Прим. ред. , регулярно хожу в зоопарк и биологические музеи, и знание о том, что слоны живут в Африке и Индии, белые медведи — в Арктике, а пингвины — в Антарктиде, спустя какое-то время кажется мне самоочевидным. Обстоятельства каждого из отдельных эпизодов чтения книг и просмотра фильмов стираются, остается только то общее, что дополняет нашу картину мира новыми знаниями и фактами.

В истории науки часто бывает так, что сначала появляются теории, а возможность проверить их на практике представляется гораздо позже. В нейробиологии такое тоже есть: сначала мыслители придумали термины для следов, которые память оставляет в мозге, и только многие годы спустя ученым удалось обнаружить в нем то, о чем теоретизировали мыслители прошлого.

О том, что память о каком-то событии должна оставлять в ткани мозга физический след, люди спорили очень давно, а на рубеже XIX–XX веков биолог и теоретик Рихард Земон предложил термин «энграмма», чтобы обозначить «стойкое, хотя изначально скрытое изменение возбудимой субстанции, производимое стимулом» [2]. Он полагал, что каждое памятное взаимодействие с окружающим миром оставляет в нервной системе физический след. Именно его пытался обнаружить Карл Лешли, обучая крыс ориентироваться в лабиринте и стараясь затем разрушить этот навык точным воздействием на ту или иную область в мозге. Однако в то время биологи не располагали инструментами, которые помогли бы им обнаружить те крохотные следы, которые оставляет пережитый опыт в ткани мозга. Единственный доступный вариант — действовать грубой силой, разрушая целые популяции нервных клеток в разных областях мозга, — оказался не слишком эффективным.