Александр Гордон - Диалоги (декабрь 2003 г.)

К.А.Я бы еще только добавил, что хотя мы каждый раз видим лишь один нейрон, но, вообще-то говоря, это не один нейрон в мозге ведет себя таким образом. Всегда существует группа, команда нейронов, разбросанных по разным структурам мозга, которые будут практически неотличимы по данным такой регистрации. Одни будут нейронами левой педали, другие – правой педали. Одни одной кормушки, другие другой кормушки.

А.Г.То есть группа клеток отвечает за это.

К.А.Да, целая команда. Поэтому, когда мы видим одну такую клетку, то знаем, что на самом деле в мозге работает целая система таких клеток. И в следующий раз в мозге этого животного мы найдем другую специализированную таким же образом нервную клетку.

Ю.А.Мы считаем, что, регистрируя импульсы одной клетки, мы можем судить о работе группы клеток, выполняющих сходную роль в обеспечении поведения. То есть, активация одной клетки является показателем работы целой группы.

К.А.Одна, она не могла бы осуществить это поведение.

Ю.А.Я бы хотел еще добавить, что данные, которые я показывал, получены в нашей лаборатории Р.Г. Аверкиным, Ю.В. Гринченко и А.А. Созиновым.

К.А.А вообще подобных данных очень много. Они показывают, что мозг у самых разных организмов, от беспозвоночных до человека, работает по этому принципу. И вы сейчас услышали, как «разговаривают» эти нейроны.

Это вообще очень захватывающее чувство, увидеть и услышать, как и когда в поведении работают отдельные клетки мозга. В 70-х годах прошлого века многие нейрофизиологи увлеклись исследованиями того, как работают клетки в бодрствующем мозге. Рэнк-младший (Ranck) нашел, например, нейроны «зеленого крокодильчика». Он регистрировал нейроны в мозге у крысы, которую он пускал в лабиринт, где находились разные предметы. Была там и игрушка маленького зеленого крокодильчика. И он нашел в мозге нейроны, специализированные только относительно контактов крысы с этой игрушкой. А примерно в это же время в 1971-м году Джон О’Киф (John O’Keefe) и Достровский регистрировали нейроны у крыс в структуре мозга, которая называется гиппокампом. Выпуская животных в открытую арену, они обнаружили, что некоторые нейроны работают лишь в определенных местах пространства. Причем, не важно, как движется животное через это место. На следующем рисунке показан один из таких нейронов и его разряды при передвижении крысы по арене. На левом рисунке траектория передвижения животного идет сверху вниз, и красными точками показано, когда именно работает нейрон. Он работает только в одном месте. В другой раз, как показано на правом рисунке, животное проходит через это же место в совершенно ином направлении. Но когда оно туда попадает, этот нейрон опять начинает разряжаться. Более того, экспериментатор может даже взять животное и пронести рукой над этим местом. И этот нейрон будет снова работать.

Позже выяснилось, что животное ориентируется по неким окружающим признакам в среде, например по обстановке комнаты, где расположена арена. И если окружающие арену ориентиры повернуть, то, хотя сама арена никак не поменяется, места работы нейронов в арене сдвинутся вслед за поворотом…

А.Г.Они привязаны к ориентирам.

К.А.Да. И поэтому О’Киф написал с Линн Надел (Lynn Nadel) в 1978-м году нашумевшую книгу «Гиппокамп как когнитивная карта» («Hippocampus as a cognitive map»), обосновывая в ней, что эти специализированные нейроны в совокупности образуют в мозге животных, в том числе и человека, пространственную когнитивную карту.

Вот еще несколько примеров поведенческих специализаций нейронов. В коре головного мозга у обезьян существуют нейроны, которые избирательно активируются при показе им фотографий других обезьян. На следующем рисунке из работы американского физиолога Чарльза Гросса (Charles Gross) полоской отмечен момент, когда обезьяне показывали фотографию другой обезьяны. Вы видите, что отображенный на рисунке нейрон при этом активируется. А если исказить изображение, или заслонить существенные для социальных коммуникаций элементы лица, такие как рот, то активность этого специализированного нейрона будет гораздо меньше. На другой половине рисунка можно также увидеть, что этот нейрон (на самом деле, не он один, а целая команда, к которой он принадлежит) обладает способностью к весьма сложной когнитивной категоризации. Для него самый сильный объект, на который он активируется, это обезьяна. Но фотография бородатого человека тоже вызывает его активность. Однако показ другой части тела человека, руки, не вызывает. То есть этот нейрон, или вернее, система, в которую он входит, «классифицирует» объекты внешнего мира в соответствии с их сложными биологическими признаками.

«Нейроны лиц» есть не только у обезьян на лица обезьян. Есть они, например, и у овец на «лица» овец. Это известные опыты английских нейрофизиологов Кендрика и Болдуина (K. Kendrick, B. Baldwin). Они показывали овцам фотографии либо других овец, либо человека и собаки. И на верхнем графике видно, что есть группы нейронов, которые активируются при показе фотографий один, два, три, четыре, пять, шесть. Это овцы и бараны. Средний рисунок, это особая фотография овец, именно той породы, в стаде с которыми жили экспериментальные овцы. И есть нервные клетки, активирующиеся только при показе этих фотографий. И, наконец, есть нейроны, которых «не интересуют» фотографии овец, но они активируются, когда показывают фотографии человека и пастушьей собаки, причем они помещают их в одну категорию. Для этих нервных клеток пастушья собака и человек являются, видимо, биологически чем-то одним и тем же.

Наверху на этом же слайде показана картинка овцы анфас, и видно, что когда овца с фотографии прямо смотрит на экспериментальную овцу, то активность таких специализированных нейронов выше всего. Когда же овца на фотографии «отворачивается» и показана в профиль или с затылка, а это социально менее значимая ситуация, то эти нейроны не так активны.

Такие же «нейроны лиц» есть и у человека. Их обнаруживают в мозге людей во время нейрохирургических операций, требующих вживления человеку тонких микроэлектродов, с помощью которых можно попутно регистрировать активность нервных клеток.

И вы здесь видите, как работает нейрон в мозге человека, когда ему показывают фотографию лица Била Клинтона. Видно, что данный нейрон активируется избирательно при появлении этого лица, то есть он «узнает» Била Клинтона.

В действительности же таких специализаций существует огромное количество, и на следующем рисунке из работы группы Кристофа Коха (Сhristof Koch) из США видно, что человеку показывали самые разные категории объектов – лица, предметы, сцены, автомобили, животных, фракталы и так далее. И для примера на правой части картинки показан нейрон, который работает, только когда человек видит животных. А во всех остальных случаях нет превышения его активности над фоном. Зато этот нейрон, как видно из нижней правой картинки, активируется, когда показывают самых разных животных – льва, змею, медведя, рыбу и так далее. Для данного нейрона, по неким, неизвестным нам признакам, это все одно и то же.