Эрик Кандель - В поисках памяти: Возникновение новой науки о человеческой психике

Как информация о движении, удаленности, цвете и форме, передаваемая по разным нейронным путям, собирается в единую связную картину восприятия? Эта проблема, так называемая проблема связывания, имеет отношение к проблеме единства сознательного опыта, то есть того, почему мы видим мальчика, едущего на велосипеде, не как движение без зрительного образа и не как неподвижную картинку, а как единый цветной и трехмерный движущийся образ. Считается, что проблема связывания решается путем врменной ассоциации нескольких независимых нейронных проводящих путей, выполняющих разные функции. Как и где происходит это связывание? Об этом очень метко написал Семир Зеки – один из ведущих исследователей зрительного восприятия, работающий в Университетском колледже Лондона: “На первый взгляд проблема интеграции может показаться совсем простой. Логически она не требует ничего, кроме того, чтобы все сигналы, поступающие от специализированных зрительных областей, сошлись вместе, чтобы “отчитаться” о результатах деятельности какой‑то одной, главной области коры. Затем эта главная область должна произвести синтез информации, поступающей от этих разных источников, и дать нам окончательный образ – по крайней мере, так может показаться. Но у мозга своя логика. <���…> Если все зрительные области отчитываются перед какой‑то одной главной областью коры, то перед кем или чем отчитывается сама область? Сформулируем это более наглядно: кто смотрит на зрительный образ, выдаваемый этой главной областью? Данная проблема относится не только к зрительному образу и зрительной коре. Кто, например, слышит музыку, выдаваемую главной слуховой областью, или ощущает запах, выдаваемый главной областью обонятельной коры? На самом деле следовать этой красивой схеме нет смысла. Потому что здесь мы подходим к одному важному анатомическому факту, который может показаться не столь красивым, но, возможно, в итоге прольет больше света: единственной области коры, перед которой отчитываются все другие, не существует ни в зрительной, ни в какой‑либо другой системе. Иначе говоря, кора должна использовать какую‑то другую стратегию для создания интегрированного зрительного образа”.

Ученый, занимающийся когнитивной нейробиологией, может, заглянув в мозг подопытного животного, увидеть, в каких клетках запускаются потенциалы действия, прочесть, что они говорят, и разобраться в том, что при этом воспринимает мозг. Но какой стратегией пользуется сам мозг, когда читает свои сигналы? Этот вопрос, связанный с природой единства нашего сознательного опыта, остается одной из многих неразгаданных тайн новой науки о психике.

Первые подходы к его исследованию разработали Эд Эвартс, Роберт Вурц и Майкл Голдберг из Национальных институтов здоровья. Они воспользовались методами, позволяющими регистрировать активность отдельных нейронов в мозге интактных, находящихся в сознании обезьян, сосредоточившись на когнитивных заданиях, требующих действий и внимания. Эти новые методы позволили другим исследователям, таким как Энтони Мовшон из Нью-Йоркского университета и Уильям Ньюсом из Стэнфорда, найти связь между сигналами отдельных клеток мозга и сложным поведением (то есть восприятием и действиями) и отследить эффект стимуляции или подавления активности небольшой группы клеток на такое поведение.

Кроме того, эти методы дали возможность исследовать, как под действием концентрации внимания и принятия решений видоизменяются сигналы отдельных нервных клеток, задействованных в обработке информации, связанной с восприятием и двигательной активностью. Таким образом, в отличие от бихевиоризма, который сосредоточился на абстрактном понятии внутреннего представления, наука, возникшая из слияния когнитивной психологии с клеточной нейробиологией, открыла настоящие материальные представления (механизмы обработки информации), обеспечивающие определенные поведенческие реакции. Эти работы продемонстрировали, что неосознанные умозаключения, описанные Гельмгольцем в 1860 году, то есть процессы неосознанной обработки информации на пути от раздражителя до реакции, можно исследовать и на клеточном уровне.

Клеточные исследования внутренних представлений сенсорной и моторной деятельности в коре головного мозга получили дальнейшее развитие в восьмидесятые годы в связи с внедрением методов функциональной томографии мозга. Методы типа позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) позволили найти в мозге места, ответственные за множество сложных поведенческих функций. Это был колоссальный шаг вперед на пути, который проложили Поль Брока, Карл Вернике, Зигмунд Фрейд и британские неврологи Джон Хьюлингс Джексон и Оливер Сакс. Благодаря новым методам исследователи смогли заглянуть в работающий мозг и увидеть в действии не только отдельные клетки, но и целые нейронные цепи.

Я пришел к убеждению, что для того, чтобы понять молекулярные механизмы пространственной памяти, нужно было прежде всего разобраться, как информация о пространстве представлена в гиппокампе. В связи с важностью пространственной памяти для эксплицитной памяти в целом можно было ожидать, что пространственная память об окружающем мире имеет обширное внутреннее представление в гиппокампе. Это ясно даже из анатомических соображений. У птиц, для которых пространственная память особенно важна (например, у тех, которые прячут запасы еды во множестве разных мест), гиппокамп крупнее, чем у других.

Еще один наглядный пример – лондонские таксисты. В отличие от работающих в других городах, в Лондоне таксистам нужно сдавать серьезный экзамен, чтобы получить право заниматься извозом. В ходе этой проверки они должны продемонстрировать, что знают названия всех улиц в Лондоне и наилучшие маршруты из одной точки в другую. Функциональная магнитно-резонансная томография показала, что после двух лет такого серьезного изучения ориентации по улицам города у лондонских таксистов развивается более крупный гиппокамп, чем у других людей того же возраста. Более того, размер их гиппокампа продолжает увеличиваться, пока они работают таксистами. Томографические исследования также показали, что гиппокамп активируется во время воображаемого движения, когда таксиста просят вспомнить, как доехать до того или иного места. Как же информация о пространстве представлена в гиппокампе на клеточном уровне?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, я воспользовался методами и достижениями молекулярной биологии в экспериментах, основанных на уже проводившихся ранее опытах с внутренним представлением пространства у мышей. Мы начали с того, что использовали генетически модифицированных мышей для исследования влияния работы отдельных генов на долговременную потенциацию в гиппокампе и на эксплицитную пространственную память. Теперь мы были готовы заняться вопросом, как долговременная потенциация помогает стабилизировать внутреннее представление пространства и как внимание (необходимая составляющая формирования эксплицитной памяти) видоизменяет это представление. Комбинированный подход (включающий все от молекул до психики) открывал дорогу молекулярно-биологическим исследованиям обучения и внимания и дорисовывал контуры той синтетической дисциплины, из которой возникла новая наука о психике.