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

Другой чрезвычайно интересный пример специализированного животного, которое помогает понять важные принципы работы нервной системы, — звездорыл. У этого животного из семейства кротовых на мордочке имеется 22 кожных нароста, которые используются для поиска добычи в болотистой местности. Наросты звездорыла — чрезвычайно чувствительный орган осязания, содержащий более 25 тысяч сенсорных рецепторов, получивших название органов Эймера[219]. Два нароста по центру собирают особенно подробную информацию об объектах, и в этом смысле их можно сравнить с центральной зоной сетчатки глаза у человека (центральной ямкой). Примечательно, что звездорыл быстро шевелит осязательными наростами, чтобы обнаружить добычу — точно так же, как мы вращаем глазами, осматриваясь вокруг. Более половины мозга животного занято обработкой информации от 22 наростов, хотя эти звездообразные наросты составляют лишь около 10 % тела. В соматосенсорной коре звездорыла на два средних нароста приходится большая по размеру зона, что обеспечивает высокое информационное разрешение — подобно тому, как у людей большая зона зрительной коры соответствует центральной ямке глаза[220]. Благодаря специализации звездорыла удалось получить массу ценной информации об общих принципах физиологии и анатомии систем осязания у млекопитающих: о важности движения для сенсорного восприятия и увеличении количества мозговой ткани, отведенной для точного сенсорного распознавания.

Сравнительные исследования сенсорных систем, позволяющие сопоставлять их функции в разных условиях среды, помогают выявлять общие принципы обработки информации нервной системой. Например, приматы в значительной степени полагаются на зрение, чтобы находить пищу при дневном свете, в то время как летучие мыши с их способностью к эхолокации в основном пользуются слухом, чтобы обнаружить насекомых в темноте[221]. Параметры эхосигнала, такие как амплитуда, частота и момент поступления, позволяют мыши в полной темноте с высокой точностью различать и локализовать объекты[222]. На первый взгляд, эти две дистальные сенсорные системы — зрение и эхолокация — не имеют ничего общего. Однако экспериментальные данные говорят об удивительном сходстве между зрением приматов и эхолокацией летучих мышей в механизмах управления взглядом[223], в реакции нейронов на местоположение стимула[224] и во влиянии пространственного внимания на паттерны активности нейронов[225]. Эти данные указывают на то, что мы можем достичь более глубокого понимания принципов обработки мозгом информации из внешней среды, если тщательно сравним разные сенсорные системы у большого числа видов животных.

Когда дело касается изучения более масштабных нейронных цепей в мозге млекопитающих, то о принципе Крога часто забывают. Нейробиологи обычно выбирают традиционных лабораторных животных — грызунов, не задумываясь о различиях между видами. Но дело в том, что мозг мыши или крысы похож на мозг человека не больше, чем мозг тех видов, которые считаются экзотическими, например летучей мыши или звездорыла. И действительно, работы по изучению пространственной навигации у летучих мышей показали важность сравнительных исследований для отделения специализации от общих характеристик.

Новаторское исследование механизмов пространственной навигации, проведенное на грызунах Джоном О’Кифом и его коллегами, привело к открытию «клеток места» — нейронов в гиппокампе, активность которых максимальна тогда, когда животное занимает ограниченную область пространства; местоположения, ассоциирующиеся с возбуждением нейронов, получили название полей места (см. также эссе Дэвида Фостера в этой книге)[226]. После того как поля места сформируются в гиппокампе, паттерны активности сохраняются и в темноте; это указывает на то, что они играют определенную роль в формировании пространственной памяти[227]. Мэй-Бритт Мозер, Эдвард Мозер и их коллеги выявили еще одну популяцию нейронов в гиппокампе грызунов, в которых регистрируется периодичность полей места; эти поля организуются в регулярную гексагональную решетку[228]. Эти нейроны решетки, найденные в отделах мозга вокруг гиппокампа, участвуют в измерении расстояния и прокладке маршрута при ориентировании в пространстве[229]. В 2014 году О’Киф, Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер за свои исследования нейробиологических систем были удостоены Нобелевской премии.

Недавно нейроны места и нейроны решетки были обнаружены и у других млекопитающих, в частности у людей[230], прочих приматов[231] и у летучих мышей[232]. Если открытие нейронов места и нейронов решетки свидетельствует об общих механизмах, то углубленное изучение сравнительных данных ставит вопросы о том, как эти нейроны приобретают свои свойства.