Элхонон Голдберг - Креативный мозг [Как рождаются идеи, меняющие мир] [litres]

Вот несколько вопросов, ответы на которые помогут прояснить взаимоотношения префронтальной коры и хранилища долгосрочной памяти – распределенным по всему мозгу и включающим большие участки заднего неокортекса:

• Мы знаем, что в процессе выполнения задания, вовлекающего оперативную память 31, происходит повторяющийся обмен информацией в обоих направлениях между префронтальной корой и задней корой, но какой именно информацией они обмениваются?

• Остается ли содержимое долгосрочной памяти, извлекаемое префронтальной корой в режиме «онлайн» во время решения задачи познавательного характера, исключительно там, где оно раньше хранилось, в задней коре, хотя и в активированном состоянии? Или оно как-то временно «копируется» в префронтальную кору?

• Если имеет место последнее, то вся ли значимая для задания информация, которая хранится в задней коре, «копируется» в лобные доли или существует некое сжатие данных?

• Если сжатие существует, то какова его природа? Это сжатие «без потерь», если использовать термин для сжатия данных, подразумевая, что значимая информация не теряется? Или существуют «потери», то есть информация в некоторой степени теряется?

• Если верно последнее, то какая информация теряется, а какая сохраняется?

• Какое бы информационное содержимое ни передавалось из задней ассоциативной коры в префронтальную, каков нейронный «механизм» этого процесса?

Ответы на эти вопросы все еще скрыты во мраке, по крайней мере в настоящее время, но некоторые относительно новые данные могут стать важным кусочком пазла. Эми Арнстен и ее коллеги из Йельского университета открыли ранее неизвестный тип взаимодействия внутри нейронных сетей, который является уникальным для префронтальной коры, – это сетевая динамическая система связей (СДС). Эта система связей включает в себя изменения связности внутри нейронной схемы без изменения архитектуры самой сети. Изменения быстрые, недолговечные и обратимые, и они происходят скорее на молекулярном, чем на синаптическом уровне (поэтому структурная архитектура сети не нарушается). Это делает СДС совершенно отличной от более полно изученных хранилищ долгосрочной информации (ДСИ), которые на порядки медленнее и которые включают в себя создание новых синапсов, меняющих связи внутри сети, и это изменение стабильное, с устойчивой структурой 32.

По данным Арнстен и ее коллег, СДС состоит в основном из пирамидных клеток III слоя (одного из шести нейронных слоев, составляющих кору головного мозга человека) в ДЛПФК. Уже более ста лет назад было известно, что эти нейроны, которые получили свое название из-за треугольной формы тел, участвуют в сложных процессах познания. Пирамидные нейроны открыл выдающийся испанский специалист в области нейроанатомии Сантьяго Рамон-и-Кахаль. У этих нейронов очень длинные аксоны, длинный апикальный дендрит, а также исключительное расположение для формирования сложных сетей и объединения информации из множества источников. Пирамидные клетки обнаруживаются во многих частях мозга, но их особенно много в префронтальной коре, где их система связей особенно широко распространена. Исключительная способность пирамидных нейронов префронтальной коры к объединению разнообразной и сложной информации отражается в сложности и плотности их ветвления. Это особенно характерно для III слоя, «наружного», который ответственен за связь префронтальной коры почти со всем остальным мозгом. У человека пирамидные клетки III слоя имеют почти в 23 раза больше дендритных шипиков (микроскопических выступов, обеспечивающих контакт с другими нейронами), чем у таких же клеток зрительной коры. Плотность и разветвленность системы связей пирамидных клеток префронтальной коры постепенно увеличивалась в процессе эволюции приматов, достигая своего пика в мозге человека. Пирамидные клетки префронтальной коры у человека содержат в среднем почти в два раза больше дендритных шипиков, чем такие же клетки у макак, и почти в четыре раза больше, чем у мармозеток 33.

Эти структурные признаки связаны с функциональными свойствами, которые позволяют нам разными и интересными способами соотносить нейронные сети со сложными процессами познания, некоторые из которых мы обсудим. Именно по этой причине я верю, что открытие СДС Эми Арнстен и ее команды нейробиологов из Йельского университета является одним из самых важных современных вкладов в науку. Это открытие может стать ключом к некоторым загадкам, для которых до сих пор не находилось ответов. Из этого следует целый букет взаимосвязанных гипотез, некое предположение, которое следует рассмотреть как таковое, не забывая о том, что гипотеза остается просто гипотезой, пока она не найдет либо подтверждения, либо опровержения. Но в любом случае самые важные открытия начинаются с гипотезы, предположения.

По крайней мере гипотетически, можно представить себе такой механизм, когда стабильная сеть, соединенная синапсами и отображающая определенные знания в долгосрочной памяти, активируется в задней ассоциативной коре, временно «копируется» в этой отдельной сети (или в нескольких сетях) и воспроизводится в СДС лобных долей. Механизм этого процесса еще до конца не расшифрован. Мы будем называть его лобным резонансом , а гипотетическую недолговечную копию – лобным фантомом , или, сокращенно, ЛФ. Поскольку в любой отдельно взятый момент времени только небольшая подгруппа всех нейронных сетей, которые существуют в задней коре, «отбрасывает фантом» в лобные доли, то можно обойти ранее упомянутый «камень преткновения», информационную емкость. Давайте также предположим, что для осуществления лобного резонанса префронтальная кора (особенно ДЛПФК) должна перейти в «положительно направленное на задание», активное состояние. Такое состояние активности лобных долей иногда называют «гиперфронтальностью», и оно будет более подробно обсуждаться в Главе 7.

Наша гипотеза не определяет, как именно происходит «отбрасывание фантома». Что это, захват и копирование всей информации, которая содержится в сети задней коры, или только ее части? Точная ли это копия или «облегченная»? Если копия «облегченная», то отображение в префронтальной коре обширной задней сети не является, строго говоря, копией. Однако это может способствовать поддержанию активного состояния оригинальной нейронной сети задней коры столько времени, сколько требуется для существования «облегченного» представления в префронтальной коре, в опосредованной СДС форме.