Мозг - не компьютер

Головной мозг часто сравнивают с компьютером, в котором выделяют блоки, отвечающие за определённые функции. Несмотря на популярность и распространённость этой метафоры, от неё следует отказаться, чтобы продвинуться в изучении принципов работы мозга, считает научный сотрудник Института психологии РАН Ольга Сварник.
Справка STRF.ru:

Сварник О.Е.
Сварник Ольга Евгеньевна, научный сотрудник лаборатории системной психофизиологии им. В. Б. Швыркова Института психологии РАН, кандидат психологических наук. Сфера научных интересов: психофизиологические проблемы – изучение взаимосвязи между работой мозга и психикой

Схема мозга

Компьютерная метафора возникла не на пустом месте. В мозге действительно можно рассмотреть явно вырисовывающиеся блоки. Разные исследователи приписывают им разные функции. Считается, что мозжечок, например, отвечает за моторику, а гипоталамус – за навигацию, ориентацию в пространстве. Более развитое левое полушарие – за логическое мышление, а правое – за абстрактное. Существуют предположения, что и каждая извилина имеет какую-то свою функцию. Некоторые учёные убеждены, что
достаточно определить, какой блок за что отвечает, как они между собой взаимодействуют, и тогда будет разгадана загадка мозга.

Этот путь исследований мозга не приведёт ни к каким результатам, он тупиковый, уверена Ольга Сварник. Свою точку зрения она постаралась обосновать в НИЯУ МИФИ на публичной лекции в рамках цикла семинаров по актуальным вопросам нейробиологии, нейроинформатики и когнитивных исследований (см. статью «Чтение мыслей станет реальностью»).

«В мозге нет блоков с закреплёнными за каждым из них функциями, – говорит Ольга Сварник. – Для сравнения: если мы возьмём лампочку, то она как единое устройство может либо гореть, либо не гореть. Рассматривая какую-нибудь извилину, мы не можем сказать, что она активна или нет, так как сотни тысяч её нейронов в разные отрезки времени могут вести себя совершенно по-разному. Надо сосредоточиться на изучении нейрона – как единицы, которая может функционировать наподобие лампочки – гореть или не гореть».

Нейрон, который генерирует потенциал действия, является связующим звеном между физиологией и психологией. Работы по изучению этой взаимосвязи начались в 1970-х годах, когда появилась возможность регистрировать активность нейронов. Выдающийся российский нейрофизиолог Вячеслав Швырков (его имя носит лаборатория системной психофизиологии Института психологии РАН, где работает Ольга Сварник) экспериментально установил, что активные нейроны в бодрствующем мозге строго специализированы. Причём соседние клетки могут иметь абсолютно разные специализации. Многочисленные физиологические исследования последних лет доказали, что именно так и происходит.

«В нашей лаборатории проводился эксперимент с кроликами, которые были обучены нажимать на педаль для получения пищи в кормушку, – рассказывает Ольга Сварник. – В результате удалось выявить нейроны, которые активизируются в момент нажатия кроликом на педаль. И неважно, как он это делает – передней лапой, задней, садится на неё. Есть нейроны, которые связаны именно с действием нажатия на педаль».

При этом активность нейронов не связана со стимулами, которые предъявляются животному. Например, кроликов тренировали в двух режимах: загорается свет – даётся пища; и загорается свет – происходит удар током. Кролик попеременно «работал» то в одном, то в другом режиме. В ходе опыта выяснилось, что в разных экспериментах активизируются разные нейроны. Активность тех или иных нейронов вообще может быть не связана с наличием стимулов, предполагает Ольга Сварник.

Изучение активности нейронов позволяет заглянуть в субъективный мир животного или человека.

В 1991 году Keith Kendrick с соавторами опубликовали статью, в которой привели результаты эксперимента с овцой. Животному показывали изображения сородичей из её стада, из соседних (с которыми она не была знакома), а также фото человека, свиньи, собаки. Оказалось, что овца способна различать «своих»: был обнаружен нейрон, который проявлял активность только в тот момент, когда ей показывали овец из её стада. На другие картинки этот нейрон не отвечал. А кроме того выяснилось, что есть нейрон, который активизируется при просмотре картинок человека и собаки, то есть для овцы они попадают в одну категорию. Таким образом, регистрация нейронов даёт представление о том, как овца воспринимает этот мир.

 Схема строения нейрона

У человека нейроны также специализированы. Об этом, в частности, можно судить по следующему эксперименту. Пациентам по клиническим показаниям (тяжёлые формы эпилепсии) вживляли в мозг электроды из золота или платины диаметром всего 50 микрон. Такая процедура помогала определить последующую тактику лечения, а также параллельно проводить интересные исследования. К примеру, пациенту показывали множество различных фотографий известных личностей (актёров, музыкантов, политиков). Каждый нейрон реагировал только на определённый образ, в частности, один из них проявлял активность при просмотре снимков актрисы Дженнифер Энистон. Интересно, что этот нейрон не давал никакого потенциала действия, когда актриса была на фото вместе с Брэдом Питом. Эти работы, опубликованные в 2005 году, получили широкий резонанс. Эксперимент продемонстрировал, что исследования активности нейронов открывают доступ к очень тонким деталям субъективной реальности.

Совокупность нейронов составляет нашу сущность, определяет особенности личности, отмечает Ольга Сварник. Можно предположить, что у тех, кто занят орнитологией, большое количество нейронов, которые способны различать огромное разнообразие птиц.

Если мы знаем, что существует нейрон определённой поведенческой специализации, то можно вызвать это поведение путём активизации тех или иных нейронов. И такие эксперименты проводились. Были определены нейроны, связанные с таким действием, как копание. Путём их стимуляции учёные добивались того, что животное начинало всё время копать.

Все приведённые примеры – забавные феномены, которые свидетельствуют, что активность нейронов связана с определённым поведением. Даёт ли это основание считать, что мы знаем о принципах работы мозга? Вряд ли. Надо сказать, что даже о феномене специализации нейронов, который на сегодняшний день широко экспериментально продемонстрирован, мы знаем мало.
Неизвестно, откуда берутся эти нейроны? Каковы условия формирования специализации нейронов?

Есть предположение, что они возникают в процессе обучения. Например, выучился человек на орнитолога, научился отличать воробья от зяблика, и появились у него соответствующие нейроны. Существует гипотеза, что в организме есть молчащие клетки, и в тот момент, когда мы узнаём что-то новое, нейрон, который всё это время ждал своего часа, обретает специализацию.

В мозге – 10¹² нейронов. Чтобы понять, как работает мозг, надо выяснить, как вместе взаимодействуют все эти нейроны в процессе психической деятельности. Если мы поймём, каким образом из активности нейронов возникает нечто, что может быть названо психической деятельностью – мышление, воображение, сознание и прочее, – то можно сказать, что это и есть основной принцип работы мозга.

По активности нейронов можно изучить психическую деятельность какого-либо организма, в том числе человека. Надо выяснить, как эти клетки своей активностью создают субъективную реальность. Однако важно изучать не отдельные нейроны, а то, как они совокупно работают. Проблема в том, что технически в настоящее время можно зарегистрировать одновременно 700-800 нейронов. Учёные пытаются найти возможности для регистрации большего количества.

На данный момент мы не знаем, что такое мышление, сознание, воображение, разум, резюмирует Ольга Сварник. Но именно сейчас у нас есть возможность исследовать эти процессы путём регистрации активности нейронов.

Марина Σ Муравьёва