Инна Воробей - Язык и мозг. Нейробиология раскрывает главную тайну человека

В коре преобладают два основных вида нервных клеток – звёздочки без шипиков и пирамидки с шипиками. Шипики – крошечные мешочки, наросшие на дендритах. Информация зашифрована в спайках. Звёздочки загораются с постоянной частотой. Пирамидки сначала дают быстрый всплеск, потом он замедляется. Ещё возможен ответ быстрыми всплесками, потом пауза, затем снова всплеск [10] Bear M.F., Connors B.W., Paradiso M.A. (2009). Neurowissenschaften: ein grundlegendes Lehrbuch für Biologie, Medizin und Psychologie. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl. 980 S. – S. 107–110. .

Рис. 6 Различные виды спайков нейронов. (Автор: А.Петрова)

Поиск ответа на этот вопрос в учебниках по нейробиологии даёт разные цифры. Обычная цифра – 100 миллиардов нейронов, и в 10 раз больше глиальных клеток – обслуживающего персонала нейронов. 1:10. Бразильская исследовательница Сюзанна Геркулано-Гаузель (Suzana Herculano‐Houzel) не поверила и решила узнать точное число. Она перечитала массу учебников, встретилась с известными нейробиологами. Все повторяли как мантру число 100 миллиардов, но никто не мог сказать, откуда взялась эта цифра. Тогда Геркулано-Гаузель решила посчитать нейроны сама. Она разработала новый метод и назвала его brain soup – суп из мозга. Но прежде чем перейти к опытам с мозгом человека, она потренировалась на крысиных мозгах.

В 2009 году Геркулано-Гаузель взяла мозг четырех умерших людей. Она разделила его на части – кора, мозжечок и другие, затем нарезала их кружочками. Потом растёрла их в порошок и развела в специальном растворе, чтобы удалить жиры. В растворе остались только ядра нейронов и глиальных клеток. Затем исследовательница пометила их флуоресцентным протеином. В ультрафиолетовых лучах они светились голубым. Одно ядро – одна клетка. Чтобы определить, сколько из них нейронов, Сюзанна использовала два антитела, которые приклеиваются только к нейронным ядрам и окрашивают их в красный цвет. С помощью микроскопа она посчитала сначала голубые ядра, а затем красные. Результат – в мозге 170 миллиардов клеток, из них 86 миллиардов нейронов и 86 миллиардов глиальных клеток. Соотношение один к одному. Но не для всех частей мозга. В коре – верхнем слое мозга, самом богатом нейронами, – почти 61 миллиард глиальных клеток и 16 миллиардов нейронов – 3,76: 1 [11] Azevedo F.A.C., Carvalho L.R.B., Grinberg L.T., Farfel J.M., Ferretti R.E.L., Leite R.E.P… Herculano-Houzel S. (2009). Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. Journal of Comparative Neurology, 513(5), 532–541. https://doi.org/10.1002/cne.21974 .

Критики упрекали Сюзанну Геркулано-Гаузель в том, что растирание в порошок и растворение разрушило много клеток. Но она использовала раствор, который разрушает жиры и сохраняет протеины, из которых состоят ядра клеток. А то, что ткани перед растиранием хранились в формалине, только укрепило связи между протеинами.

Нейроны, которые расположены рядом, обрабатывают один тип информации – визуальную, слуховую, двигательную. Учёные называют такие зоны соответственно зрительной, слуховой или двигательной корой. Информация из разных типов коры может смешиваться, неважно, находятся они по соседству или далеко друг от друга. Когда мы видим розу и сразу слышим слово роза , в этот момент одновременно загораются нейроны в зрительной и слуховой коре, их отростки притягиваются друг к другу. Чем чаще происходит совместное зажигание, тем сильнее связь между нейронами. Сюда же могут подключиться «нюхающие» нейроны. Это закон Хэбба, который лежит в основе обучения. Fire together, wire together ! По этому принципу нейроны объединяются в нейронные ансамбли – большие группы. При виде котика загораются нейроны в вашей зрительной коре, одновременно с ними нейроны, которые кодируют как представление о котиках, так и само слово котик . Если вы любите котиков, то к ним добавляются нейроны из эмоционального центра, а также нейроны запаха и мягкой кошачьей шёрстки. Нейронные ансамбли собираются как конструкторы Лего из жизненного опыта. Люди рождаются с небольшим набором нейронных ансамблей, но все остальные – результат обучения в широком смысле слова. Закон Хэбба работает и в обратном направлении – Use it or lose it ! Неиспользуемые ансамбли распадаются. Информация стирается из мозга.

Собака Павлова, слыша звонок, понимает, что скоро обед, и выделяет слюну. Так работает ассоциативное обучение или условный рефлекс. Считается, что язык дети выучивают таким же образом. Но тут есть одна проблема. Допустим, малыш слышит слово мяч и видит сам мяч. Зрительные нейроны связались со слуховыми. Но в жизни часто бывает так, что со словом мяч в речи одновременно может появиться ещё много слов. Например: «Посмотри, какой чудесный мяч несёт этот мальчик!» . Добавим сюда ещё жест рукой, мимику и так далее. По закону Хэбба всё это должно связаться в один крепкий ансамбль. Ну и как ребёнок должен из всего этого понять, к чему относится слово мяч ? Профессор Ф. Пульвермюллер, руководитель лаборатории в Свободном университете Берлина, объясняет это законом анти-Хэбба, который развязывает ненужные связи [12] Pulvermüler F. (2018). Neural reuse of action perception circuits for language, concepts and communication. Progress in Neurobiology. Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2017.07.001 . Укрепляются только постоянно повторяющиеся связи. Ребёнок должен несколько раз в разном контексте услышать слово мяч , чтобы выучить его.

Фридеман Пульвермюллер(Friedemann Pulvermüller) – доктор наук, профессор Свободного университета Берлина, руководитель лаборатории Мозга и языка (Brain Language Laboratory). Его интересуют нейробиологические основы языка. Профессор Пульвермюллер разработал модель обработки языка, в центре внимания которой находятся нейроны – Action perception theory. Модель выявляет нейронные сети, которые обрабатывают слова, грамматические правила, функции слов и языковых конструкций в контекстах. Профессор Пульвермюллер разрабатывает новые методы языковой терапии после инсульта. 12 лет он руководил программой в области когнитивной нейронауки языка в отделении медицинских исследований и наук о мозге (the Medical Research Cognition and Brain Sciences Unit) в Кембридже (Великобритания) [13] https://loop.frontiersin.org/people/931/bio .

Восьми страдающим эпилепсией пациентам для лечения имплантировали электроды в мозг. Чтобы проверить, как их мозг обрабатывает зрительные сигналы, им показывали фотографии известных людей, животных, предметов и зданий. Когда одному из них показали фото Дженнифер Энистон, внезапно загорелся один нейрон в средней части височной доли. И только в том случае, если она была на фото одна! Если, например, вместе с Брэдом Питтом – никакой реакции. В другом похожем эксперименте уже другому пациенту показывали фотографии Холли Берри. Нейрон загорался, даже когда она была в образе женщины-кошки и даже просто при виде надписи Halle Berry (Холли Берри) . Другие женщины-кошки не возбуждали этот нейрон.