The Worlds I See

Тот же орган, который позволяет нам различать цвета, превращает некоторых из нас в художников, некоторых - в критиков, а еще миллиарды - в ценителей. То же самое серое вещество, которое интерпретирует слуховые колебания, может вдохновить нас на написание песни, подарить незабываемые впечатления от ее прослушивания и даже вспомнить в мельчайших подробностях присутствие друга в тот момент, когда она впервые прозвучала по радио. Эта уникальная анатомическая структура, полностью состоящая из органических соединений и запертая на всю жизнь в темноте черепа, делает возможным все, что мы ценим в жизни.

Не имея никакого отношения к нейронаукам, я был потрясен этой идеей. Вопрос о том, как из столь скромных ингредиентов может возникнуть нечто столь глубокое, поглотил меня и пронизывал все, что мы делали в лаборатории. Это делало сложную, часто утомительную работу захватывающей.

В частности, целью нашего исследования было изучить способ обработки сенсорной информации, задав, казалось бы, простой вопрос: если кошке показать последовательность точно контролируемых визуальных стимулов - в данном случае коротких видеороликов с природными пейзажами, - сможем ли мы восстановить отснятый материал, используя только сигналы, обнаруженные в ее мозге?

Чтобы найти ответ, мы обратили внимание на участок зрительной коры, известный как "латеральное геникулярное ядро", или LGN. Считается, что этот участок служит промежуточным звеном между зрительным нервом и более высокими уровнями обработки информации в мозге и играет роль в фокусировке внимания в зрительном поле и отслеживании изменений стимулов во времени. Однако для целей нашего эксперимента она также представляла собой доступную группу нейронов, которые мы могли связать с соответствующими областями сетчатки. Другими словами, LGN находится где-то между тем, что чувствует глаз, и тем, что понимает мозг; нашей целью было декодировать сигналы, которые проходят через него на этом пути.

Во всяком случае, так было в теории. На практике все оказалось сложнее. Например, электроды, способные прощупать кору головного мозга, необычайно тонки - порядка микрометра, то есть размером с один человеческий волос. Мы использовали механическое приспособление, предназначенное для медленного и точного введения электродов в мозг кошки, а их выход был подключен к усилителю, способному преобразовывать необработанные электрические сигналы в звуковую форму для воспроизведения через громкоговорители. Оттуда данные поступали в компьютер со специализированным программным обеспечением для обработки сигналов и последующего анализа.

Медленно, но верно все сходилось. Наконец, после вихря сборки, проверки и перепроверки, удивительно сложный аппарат оказался готов к работе. Мы опустили свет, включили проектор и подключили электроды.

"Все готовы? Три... два..."

Даже сейчас пережитое трудно передать словами.

"... один".

Щелкнул выключатель, и из динамика раздался неистовый треск. Поначалу это был чистый хаос, даже пугающий, но постепенно шум уступил место слабому ощущению порядка, особенно когда мы научились соотносить изображения на экране со звуками, которые мы слышали, - ритмичным жужжанием, которое вскоре стало безошибочно различимым. Мы слушали часами, слегка изменяя проецируемые изображения и внимательно следя за изменениями в звуке. Со временем появились закономерности: каждое , казалось бы, однородное скопление нейронов обнаруживало уникальный тон и характер. Учитывая все имеющиеся в нашем распоряжении цифровые инструменты, такой уровень практических экспериментов был, пожалуй, излишним. Но он помог нам натренировать слух, развить интуицию и установить связь с работой на более глубоком уровне, чем простой анализ. Это было похоже на чистую науку.

Ликование продолжалось по мере получения результатов. Удивительно - во всяком случае, для меня - но наш метод действительно работал. Немного поработав над обработкой сигналов, мы восстановили фильмы, проецируемые на глаза кошки, хотя и в несколько размытом виде, используя лишь сигналы, перехваченные в ее мозгу. Конечно, как и в любом эксперименте, здесь было много оговорок, но мы продемонстрировали реальное, функциональное понимание того, как зрительные нейроны реагируют на стимулы. Мы задокументировали наш процесс, вывели результаты и отправили проект на рецензирование. Через два года наша работа увидела свет в виде опубликованной статьи в Journal of Neuroscience. Неплохо для команды новичков.