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

Немало исследований было посвящено механизмам активации нейронов места и нейронов решетки. У грызунов паттерны возбуждения нейронов места и нейронов решетки были связаны с ритмом головного мозга, известным как тета-ритм, с частотой 5–12 Гц. Этот ритм постоянно наблюдается в гиппокампе грызунов, когда они исследуют внешнюю среду, перемещаясь в пространстве[233]. Многие исследователи приписывают этот непрерывный тета-ритм процессу активизации нейронов места и нейронов решетки, и эксперименты на грызунах дали убедительные доказательства модели тета-ритма для представления пространства[234]. Однако сравнительные данные заставляют усомниться в этой модели. В частности, тета-ритм головного мозга у людей[235], прочих приматов[236] и у летучих мышей[237] не является непрерывным, а периодически появляется и исчезает. Таким образом, отсутствие непрерывного тета-ритма у приматов и летучих мышей ставит перед нами вопросы. Одинаковы ли у грызунов и других млекопитающих механизмы отображения пространства? Или непрерывный тета-ритм не обязательно связан с отображением пространства в мозге животных? Важно, что этот пример возвращает нас к более общему вопросу: если мы изучаем работу мозга только одного вида животных, что мы узнаем о мозге как таковом?

Мозжечок учится предсказывать физику наших движений Скотт Альберт, Реза Шадмер

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ с внешним миром и контролировать его, наше тело должно пребывать в постоянном движении. Даже сейчас, когда вы читаете эти строки, ваша нервная система координирует последовательность быстрых движений глаз (саккад), позволяющих сканировать текст. Эти саккады — пример целенаправленного движения; ваш мозг выбирает заинтересовавший его участок пространства (то есть цель) и выполняет движение, чтобы этот участок оказался в фокусе зрения. Или, скажем, рядом с вами стоит чашка кофе. Периодически жажда (или желание получить дозу кофеина) побуждают вас прервать чтение и взять чашку. Этот процесс, как и движение глаз, для начала требует выбора внешней цели; затем к целевому объекту необходимо протянуть руку. Это не потребует сознательных усилий с вашей стороны, хотя передвижение среди объектов физического мира предполагает большой объем вычислений[238].

Присмотримся к движению руки к чашке чуть внимательнее. Для того чтобы вы взяли кофе, мозг должен переместить вашу руку туда, где находится чашка. Таким образом, для планирования движения мозгу сначала требуется определить положение чашки и вашей руки. Эта локализация представляет собой сенсорный процесс. Иными словами, мозг должен использовать сенсорную информацию от зрения и проприоцепции (чувство, которое позволяет вам оценивать положение своего тела без использования зрения и о котором часто забывают), чтобы определить текущее положение чашки и руки. Зная начальное и конечное положение руки, теменные зоны коры головного мозга вычисляют путь, соединяющий эти две точки в пространстве, — траекторию движения. Когда траектория выстроена, первичная моторная кора и связанные с ней премоторные области преобразуют этот сенсорный сигнал в моторный план, то есть в последовательность сокращений мышц, чтобы переместить вашу руку по желаемой траектории к чашке с кофе.

Таким образом, процесс движения к цели начинается с сенсорных измерений, относящихся к субъекту и внешнему миру, которые затем преобразуются в последовательность моторных действий. Иными словами, двигательный акт запускается с помощью карты преобразования ощущений в движения. Такая карта — одна из многих составляющих планирования движения. Интересно, что для верного выполнения движения это преобразование происходит и в обратном направлении — мозг использует запланированные моторные действия для предсказания того, как изменится сенсорное состояние тела, когда действия будут выполнены.

Зачем мозгу прогнозировать сенсорные события, которые могут произойти в будущем? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем эксперимент. Положите книгу на ладонь левой руки и попросите кого-нибудь взять у вас книгу. Вы заметите, что, когда книга отрывается от вашей руки, ладонь не остается неподвижной, а смещается вверх. Теперь снова положите книгу на ладонь левой руки, а затем возьмите ее правой рукой. Произойдет нечто удивительное: левая рука, державшая книгу, останется абсолютно неподвижной.