Станислас Деан - Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Как следует из этих эволюционных доводов, сознание подразумевает связность. Для гибкого обмена информацией требуется особая нейронная архитектура, которая свяжет отдаленные друг от друга специализированные области коры в согласованную структуру. А есть ли у нас в мозгу подобная структура? Еще в конце XIX века испанский гистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль, исследовавший строение мозга, заметил, что у мозговых тканей есть одна любопытная особенность. В отличие от кожи, клетки которой напоминают плотно уложенные детали мозаики, мозг состоит из чрезмерно удлиненных клеток, или нейронов. Нейроны снабжены длинными отростками-аксонами до нескольких метров длиной — ничего подобного ни у каких других клеток не встречается. Один-единственный нейрон моторной коры головного мозга может протянуть свои аксоны до самого позвоночника, чтобы командовать конкретными мускулами. Что еще интереснее, Кахаль обнаружил, что клетки, воздействующие на удаленные от них участки, расположены в коре довольно плотно (рис. 25) и образуют тонкий слой, выстилающий собой поверхность обоих полушарий мозга. Находящиеся в коре головного мозга нервные клетки пирамидальной формы зачастую дотягивались аксонами до задней части мозга или до другого полушария. Взятые вместе, эти аксоны образовывали плотные волокна ткани, складывающиеся в кабеля, насчитывающие по нескольку миллиметров в диаметре и имеющие до нескольких сантиметров в длину. Сегодня мы можем наблюдать эти переплетающиеся волокна тканей живого мозга на магнитно-резонансных томограммах.

Рисунок 25.Длинные нейронные связи могут способствовать существованию глобального нейронного пространства. Известный специалист по анатомии нервной системы Сантьяго Рамон-и-Кахаль, который в XIX веке препарировал человеческий мозг, уже тогда заметил, что нейроны коры головного мозга велики, имеют пирамидальную форму и аксонами дотягиваются до самых дальних уголков мозга (слева). Нам известно, что эти длинные связи используются для передачи сенсорной информации в насыщенную огромным количеством связей сеть теменных, височных и префронтальных областей (справа). Если эти связи будут нарушены, может возникнуть пространственное игнорирование, то есть утратится способность сознавать увиденное в той или иной части пространства

Следует заметить, что не все области мозга связаны между собой одинаково плотно. Сенсорные области, например зрительная область V1, как правило, отличаются избирательностью и устанавливают малое количество связей, выбирая для этого в основном соседние клетки. Ранние зрительные области поддерживают жесткую иерархию: область V1 сообщается в основном с областью V2, та, в свою очередь, передает данные в области V3 и V4 и так далее. В результате первичные зрительные операции функционально закапсулированы: зрительные нейроны изначально получают лишь небольшую долю тех данных, что поступили на сетчатку, и обрабатывают их в относительном уединении, ничего «не зная» об общей картине.

В высших ассоциативных зонах коры головного мозга связи, впрочем, перестают быть локальными и точечными и объединяют уже не только ближайших соседей. Когнитивные операции перестают быть модульными. В префронтальной коре — передней части головного мозга — преобладают нейроны с длинными аксонами, передающими информацию на большие расстояния. Этот участок связан со множеством других областей нижней теменной доли, средней и задней височной долей, а также фронтальной и задней частей поясной извилины, расположенных на срединной линии мозга. Выяснилось, что эти области играют роль основных узлов коммуникаций мозга, являются его главными центрами связи 15. Между собой они соединяются каналами, передающими информацию в обоих направлениях: если область А передает данные в область В, то область В почти наверняка передаст те же данные обратно в область А (рис. 25). Кроме того, длинные связи нередко образуют треугольник: если область А передает данные в области С и В, то С и В, в свою очередь, почти наверняка будут поддерживать связь друг с другом 16.

Эти области коры имеют сильную связь с другими участниками процесса — например, центральными латеральными и внутрислойными ядрами таламуса (отвечающими за внимание, активное внимание и синхронизацию), базальными ганглиями (принятие решений и действие) и гиппокампом (запоминание эпизодов из жизни и дальнейшее извлечение их из памяти). Особенно важны каналы, связывающие кору мозга со зрительным бугром, таламусом. Зрительный бугор представляет собой совокупность ядер, каждое из которых связано небольшой петлей как минимум с одним, а нередко и с несколькими областями коры. Практически все связанные напрямую участки коры передают информацию и по параллельным каналам, через глубинные структуры зрительного бугра 17. Информация, передаваемая зрительным бугром в кору, важна еще и тем, что сигналы возбуждают кору головного мозга и поддерживают ее в постоянном активном состоянии 18. Как мы еще увидим, снижение активности зрительного бугра и каналов связи с ним является одним из важнейших условий наступления комы и вегетативных состояний, в которых мозг оказывается лишен разума.

Таким образом, в основе рабочего пространства лежит плотная сеть взаимосвязанных областей мозга — децентрализованная структура, не имеющая единого физического центра. Находящийся на вершине иерархии «совет директоров», элита из элит, распределенная по самым разным уголкам мозга, синхронно реагирует на происходящее и постоянно обменивается бесчисленными сообщениями. Что поразительно: эта сеть связанных между собой высокоуровневых зон, в первую очередь относящихся к префронтальной и теменной долям, совпадает с сетью, которую я описал в главе 4, упомянув, что ее резкая активация является первым автографом сознательной работы мозга. Теперь мы можем разобраться в том, почему эти ассоциативные зоны систематически возбуждаются всякий раз, когда в фокус нашего внимания попадает фрагмент информации: эти области обладают как раз такими далеко идущими связями, которые необходимы, чтобы передавать сообщения в мозгу на большие расстояния.

Входящие в эту далеко распространившуюся сеть коры пирамидальные нейроны хорошо приспособлены к выполнению своей задачи (рис. 26). Их клеточные тела выросли, чтобы вместить всю сложную молекулярную машинерию, необходимую для поддержания жизнедеятельности длинных аксонов. Вспомним, что в ядре клетки хранится ДНК с генетической информацией, однако считываемые рецепторные молекулы должны каким-то образом добираться до синапсов, которые могут отстоять от клетки на несколько сантиметров. Крупные нервные клетки, способные обеспечить исполнение этой непростой задачи, расположились во втором и третьем слоях коры головного мозга, отвечающих, в частности, за межполушарные каналы связи, переносящие информацию из одного полушария в другое и обратно.