Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

В отличие от любого устройства, которое мы до сих пор рассматривали, узлами нейронных сетей являются не стабильные точки, такие как транзисторы или клапаны, а наборы нейронов – сотни, тысячи, десятки тысяч – которые могут последовательно реагировать как скоординированное целое в течение долгого времени, даже если составляющие их нейроны демонстрируют непоследовательное поведение. Это серьезная проблема, которую мы должны решить. С одной стороны, мозг состоит из нейронов и других клеток, взаимодействующих друг с другом в сетях, на работу которых влияет не только синаптическая активность, но и различные факторы, такие как нейромодуляторы. С другой стороны, ясно, что функция мозга – любого животного – включает сложные динамические паттерны нейронной активности на популяционном уровне. Я подозреваю, что найти связь между этими двумя уровнями анализа будет непростой задачей на протяжении большей части оставшегося столетия.

* * *

Существует еще более значительная проблема с теориями, предназначенными для понимания функций мозга на основе структуры – коннектомов или чего-то еще, – что можно увидеть, если представить, что чип MoS 6507 и связанные с ним компоненты были примером инопланетной технологии Крика, устройства, найденного на марсианском космическом корабле, упавшем на Землю. Полный анализ его компонентов показал бы, что сигналы извне могут изменить его функцию, но кажется маловероятным, что мы поймем, что марсианин будет использовать устройство для игры. И без наблюдения марсианина, взаимодействующего с машиной, мы никогда полностью не узнаем, как она работает. В отсутствие этого решающего внешнего элемента и смысл, и способ функционирования устройства остались бы неясны.

Когда мы экстраполируем данное рассуждение на понимание мозга, ключевой вывод заключается в том, что, как гласит яркий заголовок статьи 1997 года, – «У мозга есть тело». А у тела есть окружающая среда, и то и другое влияет на работу мозга. Это может показаться тривиальным и очевидным, но ни тело, ни окружающая среда не фигурируют в модельных подходах описания мозга. Физиологическая реальность любого мозга состоит в том, что он взаимодействует с телом и внешней средой с того момента, как начинает развиваться. Исключение данных аспектов из модели или из экспериментальной установки приведет в лучшем случае к неадекватному пониманию. Этот вопрос еще сложнее. Как недавно утверждали Алекс Гомес-Марин и Асиф Газанфар, «поведение животных – это не поведение их мозга». Животные – не роботы, управляемые мозгом; мы все, будь то личинки или люди, – индивидуумы, обладающие свободой воли[381], эволюционным прошлым и историей собственного развития. Все перечисленные факторы связаны с тем, как работает мозг, и должны быть интегрированы в нейробиологические модели [28].

Имитация мозга в вакууме – по сути, то, чем занимается проект «Мозг человека», за исключением того, что он включает только часть крошечного кусочка мозга крысы – лишает систему необходимого ей важного компонента, который поступает из внешнего мира. Олаф Спорнс заявил: «Нейроны не просто пассивно реагируют на сигналы – внося свой вклад в двигательную активность и поведение, они активно определяют, каковы эти сигналы» [29].

Возможно, то, что мы наблюдаем при моделировании или в изолированных сетях нейронов, является системой, не функционирующей полноценно. Сравнение имитационных исследований с мозговой активностью поведения животных, как это было сделано для данио-рерио, будет необходимо, чтобы прояснить это [30].

Такая точка зрения также подрывает недавний энтузиазм по поводу органоидов мозга[382] – сгустков мозговой ткани, полученной из стволовых клеток, выращенных в пробирке. Исследователи обнаружили, что соответствующие типы клеток мозга – в том числе и микроглии – появляются последовательно и воспроизводимо внутри органоидов мозга. Нейроны в органоидах могут демонстрировать ритмическое поведение, точно такое же, как те примитивные компьютерные модели 1950-х годов, которые, как утверждают, даже напоминают поведение недоношенного ребенка. В других экспериментах один органоид реагировал на свет в области, где росла ткань сетчатки, в то время как другие даже соединялись с кусочками спинного мозга мыши и вызывали мышечные сокращения [31]. Как ни странно, органоиды никогда не вырастают больше нескольких миллиметров в поперечнике и не превышают около 3 миллионов клеток – крошечной доли человеческого мозга – потому что изолированы от мириад важных факторов, производимых организмом во взаимодействии с окружающей средой и влияющих на развитие мозга.