Алан Джасанов - Мозг: прошлое и будущее [Что делает нас теми, кто мы есть]

Входящие сенсорные сигналы, поступающие в мозг, распространяются в итоге практически повсеместно, будто сплетни среди друзей и родственников, разбросанных по городам и весям. Даже области особо тонкого и хитроумного распознавания продолжают реагировать и на самые простые стимулы. Например, изображение вспыхивающих линий вызывают нейронную реакцию по обоим путям обработки зрительной информации, и дорсальному, и вентральному, причем по всей их длине. Но самое удивительное – участки мозга, специализирующиеся на обработке одного типа стимулов, способны реагировать и на другие стимулы, подобно средневековым цирюльникам, которые были заодно и зубодерами. В частности, исследователи показали, что нейронные сигналы в зрительной коре иногда соответствуют слуховым стимулам [320] N. Naue et al., «Auditory event – related response in visual cortex modulates subsequent visual responses in humans», «Journal of Neuroscience» 31 (2011): 7729–7736; C. Kayser, C. I. Petkov, and N. K. Logothetis, «Multisensory interactions in primate auditory cortex: fMRI and electrophysiology», «Hearing Research» 258 (2009): 80–88. ; есть и работы, где говорится о реакции слуховой коры и на зрительные, и на осязательные стимулы. На простые стимулы реагируют и участки мозга, которые, как уже установлено, играют другую роль, не имеющую отношения к восприятию сенсорных данных [321] Micah M. Murray and Mark T. Wallace, eds., «The Neural Bases of Multisensory Processes» (Boca Raton, FL: CRC, 2012). . Элементарные зрительные и слуховые входящие стимулы активируют в том числе и участки лобной коры – средоточие «исполнительной власти» мозга. Зрительную реакцию в лобных областях можно наблюдать даже под наркозом, а это доказывает, что сенсорные стимулы проникают в мозг очень глубоко, пусть мы их и не осознаем [322] M. T. Schmolesky et al., «Signal timing across the macaque visual system», «Journal of Neurophysiology» 79 (1998): 3272–3278. . В начале двухтысячных нейрофизиолог Марк Райхле заметил любопытное явление: многие стимулы, наоборот, постоянно деактивируют целую группу не связанных друг с другом областей мозга, иначе говоря, входящие сенсорные данные, похоже, снижают уровень нейронной активности в этих регионах [323] M. E. Raichle et al., «A default mode of brain function», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 98 (2001): 676–682. . Деактивированные области составляют значительную долю коры головного мозга, и в основном это территории вне известных нам систем обработки сенсорной или моторной информации. Эти области получили название «сеть по умолчанию», поскольку, судя по всему, особенно активны именно тогда, когда не происходит ничего примечательного.

На происходящее в мозге влияют даже очень слабые внешние стимулы. Большинство нейробиологических исследований сенсорных реакций изучают, мягко говоря, не самое слабое воздействие: ученые вызывают краткие эпизоды активности мозга при помощи кратковременных мощных стимулов. Например, зрительную реакцию изучают, измеряя импульсы активности или изменения на фМРТ, когда изображение на мониторе компьютера каждые пару секунд меняется с унылого серого поля на яркую красно-зеленую шахматную доску. Чтобы изучить динамику мозговой деятельности без таких навязчивых стимулов, исследователи проводят совсем другие эксперименты: наблюдают мозг испытуемого при неизменных условиях на протяжении нескольких минут, пока он просто пассивно лежит в сканере (и при этом его просят не засыпать!) [324] B. Biswal, F. Z. Yetkin, V. M. Haughton, and J. S. Hyde, «Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI», «Magnetic Resonance in Medicine» 34 (1995): 537–541. . Полученные данные о состоянии покоя в целом показывают совсем небольшие отклонения сигнала на фМРТ в каждой точке мозга. Если понаблюдать за толпой на спортивном матче, даже если не понимаешь суть игры, легко выявить группы болельщиков одной и той же команды – это те, кто одновременно издает приветственные или оскорбленные крики. По той же логике, исследователи пытаются выявить, какие участки мозга «заодно», а для этого ищут пиксели, яркость которых повышается или понижается одновременно. Считают, что такие корреляции отражают нейронную активность в отдельных сетях в мозге, и это называется функциональная связность состояния покоя [325] K. R. Van Dijk et al., «Intrinsic functional connectivity as a tool for human connectomics: Theory, properties, and optimization», «Journal of Neurophysiology» 103 (2010): 297–321. .

Исследования фМРТ в состоянии покоя показывают, что изменения мозговой деятельности наблюдаются при постоянной зрительной стимуляции сродни той, которой мы подвергаемся изо дня в день. Невролог Маурисио Корбетта и его коллеги собрали данные фМРТ и магнитной энцефалографии испытуемых, которые либо пассивно глядели на пустой экран телевизора, либо смотрели эпизоды из третьесортного вестерна: кино было призвано стимулировать чувственный опыт, близкий к естественному [326] V. Betti et al., «Natural scenes viewing alters the dynamics of functional connectivity in the human brain», «Neuron» 79 (2013): 782–797. . Анализ показал, что закономерности функциональной связности в двух этих состояниях существенно различались. Когда испытуемые смотрели эпизоды из кино, корреляции между сигналами, отражавшимися при магнитном сканировании мозга, во многих сетях по всему мозгу снижались, что показывает, насколько постоянный чувственный опыт нарушает динамику в самых разных участках мозга. Стоит отметить, что на мозговую деятельность влияют и стимулы куда скучнее фильмов Клинта Иствуда. Тамара Вандеруэл из Йельской медицинской школы показывала испытуемым видеоролик с абстрактными постоянно меняющимися фигурами, вроде компьютерных скринсейверов, и исследовала его воздействие на флуктуации фМРТ в состоянии покоя [327] T. Vanderwal, C. Kelly, J. Eilbott, L. C. Mayes, and F. X. Castellanos, «Inscapes: A movie paradigm to improve compliance in functional magnetic resonance imaging», «NeuroImage» 122 (2015): 222–232. . Видеоролики Вандеруэл были совершенно лишены смысла, но все равно нарушали функциональную связность в мозговых сетях, которые ассоциируют со зрением, вниманием и контролем движений. Другое исследование, которое провели ученые из Массачусетского технологического института, показало, что на паттерны функциональной связности влияет и бессмысленный шум [328] N. Gaab, J. D. Gabrieli, and G. H. Glover, «Resting in peace or noise: Scanner background noise suppresses default-mode network», «Human Brain Mapping» 29 (2008): 858–867. . Фоновый шум воздействовал и на участки сети по умолчанию в экспериментах Райхле, что опять же доказывает, что тривиальные на первый взгляд чувственные факторы способны заметно влиять даже на базовые характеристики мозговой деятельности.

Таким образом, научные исследования обработки сенсорных данных помогают нам понять, что у трех мудрых обезьянок есть все основания настороженно относиться ко всему, что поступает через глаза и уши. Органы чувств бесперебойно поставляют в мозг поток из миллионов нервных импульсов в секунду. Никаких барьеров для защиты от лавины входящих данных из окружающей среды у мозга нет. Даже самые банальные чувственные сигналы умудряются просочиться в самые сокровенные уголки коры головного мозга, в том числе в лобные доли, которые появились в ходе эволюции сравнительно недавно и отличают и людей, и обезьян от большинства остальных млекопитающих [329] J. H. Kaas, «The evolution of neocortex in primates», «Progress in Brain Research» 195 (2012): 91–102. . Правда, это еще не доказывает, что сигналы окружающей среды обладают над нами абсолютной властью. Когда мы видим, как сенсорные факторы затрагивают самые отдаленные регионы мозга, это, вероятно, всего лишь картина того, как информация доходит до пресловутого гомункула. Возможно, в мозге каждого из нас есть гомункулообразный нервный механизм, который оберегает нашу автономность даже под мощным натиском сенсорных данных. Чтобы оценить такой сценарий, нам нужно изучить, в какой степени внешние стимулы определяют наше поведение как таковое.