Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Многие ученые ожидали, что полученные методами параллельной записи данные о реакции популяций нейронов на стимулы будут информативнее данных от одиночных нейронов. Например, предполагалось, что зрительные нейроны, соответствующие границам объекта, будут возбуждаться синхронно, что позволит отличить их от нейронов, соответствующих границам другого объекта[208]. Еще одно предположение заключалось в том, что популяция нейронов может отображать распределение некоторого числа оценок, а не единичную оценку[209]. А вот что оказалось неожиданным: координируя свою активность, нейроны могут действовать независимо от стимула. Эта особенность впервые была замечена у нейронов места в гиппокампе: те из них, которые возбуждались одновременно при том или ином поведении, поскольку отвечали за те же поля места, продолжали одновременно возбуждаться и позже, во сне. Но это еще не все. Одновременно записав сигналы от достаточно большого числа клеток, ученые обнаружили, что последовательность активации нейронов места в гиппокампе соответствовала перемещению в окружающей среде — то есть во сне животное как бы повторяло пройденный маршрут, но в ускоренном режиме. Эти последовательности наблюдались не только во сне, но и, что очень важно, когда при решении пространственных задач животные ненадолго останавливались. Создавалось впечатление, что внезапно включалась хранящаяся в гиппокампе карта: луч фонаря (мысленный, без каких бы то ни было движений) сканировал окружающее пространство в поисках возможных поведенческих траекторий — так же, как наши глаза сканируют карту.

Теперь мы знаем, что эти последовательности отражают приобретенную в результате обучения информацию о структуре окружающего пространства. Удивительный факт: в этих последовательностях могут соединяться фрагменты действий, которые никогда не наблюдались вместе, создавая нечто вроде мысленных «коротких путей». Теперь нам также известно, что последовательности возникают не случайно, а направляются текущим местоположением цели в каждый момент, когда животное намеревается выполнить движение, словно отражая активный процесс выбора пути[210]. Даже классическая активность, записанная во время движения, организована в короткие «упреждающие» последовательности, и этот процесс становится понятным при одновременном исследовании большого числа нейронов места. По сути, большинство спайков, вырабатываемых нейронами гиппокампа, представляют собой части той или иной последовательности. Последовательная организация может иметь базовый характер и присутствовать не только в гиппокампе, но и во всем мозге.

Окончательного вывода из этой истории нет. Мы вступили во второй золотой век нейрофизиологии. Технические достижения, позволяющие наблюдать за большим количеством клеток одновременно и выявлять новые типы клеток, которые раньше были неотличимы друг от друга, произвели революцию в этой области исследований[211]. История не закончена, и то, что сегодня кажется непостижимым, завтра отступит перед результатами экспериментов. Мозг устроен таким образом, чтобы рисовать последовательности, разворачивающиеся во времени, фантазировать и обдумывать альтернативные планы действий; он ждет, готовясь рассказать о себе историю, которая будет и необычной, и понятной.

Для понимания работы мозга нужен сравнительный подход Синтия Мосс

КАК РАБОТАЕТ МОЗГ? В частности, как он обрабатывает и представляет информацию из внешнего мира? Генерирует команды к действию? Получает и хранит новую информацию? Вспоминает прошлые события? Эти вопросы захватывают наше воображение. Но довольно редко задается другой вопрос: «Что мы подразумеваем под мозгом?» Большинство людей, скорее всего, ответит: «Человеческий мозг». Однако методы исследования человеческого мозга ограниченны, а потому важная роль в научных открытиях принадлежит разным видам подопытных животных, каждый из которых уникален. Для глубокого понимания биологических основ познавательной способности и поведения ученые должны изучать и сравнивать мозг разных представителей животного царства.

В последние десятилетия были разработаны новые информативные методы, позволяющие исследовать активность мозга у людей, решающих когнитивные задачи[212]; тем не менее пространственные и временные ограничения этих неинвазивных методов существенно сужают круг возможностей для изучения работы мозга. Более того, многие инвазивные методы изучения мозга, особенно те, с помощью которых производят измерения на клеточном и молекулярном уровне (например, вживление электродов для записи электрических сигналов нейронов), невозможно применить на людях, и подавляющее большинство нейробиологических исследований проводится на животных, чаще всего крысах, с последующей целью соотнести полученные данные с работой человеческого мозга.