Фокусы мозга: Как нейронаука объясняет иллюзии восприятия - Хорди Ками

Электрический сигнал распространяется по поверхности нейронных мембран посредством сложного процесса ионного обмена между внутренней и внешней сторонами мембран. Скорость передачи сигнала достигает более 500 километров в час, а в течение секунды могут генерироваться сотни электрических импульсов.

Рис. 2.3. Стандартное изображение нейрона, показывающее его функциональные компоненты

Если передача информации по нейрону имеет электрическую природу, то информация между нейронами, как правило, передается путем химической сигнализации. Нейроны взаимодействуют друг с другом с помощью так называемых синаптических связей, которые находятся в промежутках между нейронами. Здесь электрический сигнал, передаваемый по мембране, преобразуется в химическую информацию и приводит к выделению особых веществ — нейромедиаторов [5]. К ним относятся, например, глутамат, норадреналин, дофамин, серотонин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Нейромедиаторы играют такую важную роль во взаимодействии между нейронами и, следовательно, в работе мозга, что эффект многих психоактивных препаратов достигается именно за счет модуляции их действия. Большинство синапсов химические, но есть и чисто электрические, и у них скорость передачи информации гораздо выше.

Нейронные сети

Взаимодействующие нейроны объединяются.

ДОНАЛЬД ХЕББ. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОВЕДЕНИЯ (1949)

Еще в 1949 г. Дональд Хебб заметил: при одновременной активации нейронов связь между ними укрепляется, что свидетельствует о кодировании ими схожей информации. Эта модель совместной организации лежит в основе концепции биологических нейронных сетей — функциональных связей между группами нейронов, которые работают совместно и обладают динамикой, изменяясь со временем.

Когда мы учимся или переживаем что-либо, нейроны создают, изменяют или разрывают синаптические связи с другими нейронами. Именно способность этих связей к изменению обеспечивает функциональную пластичность мозга. Одни синаптические связи неустойчивы и недолговечны, а другие стабильны и не слабеют со временем, например те, которые хранят наши знания или воспоминания. Долговременная память, как мы увидим в главе 8, требует определенной стабильности, чтобы некоторые воспоминания сохранялись на всю жизнь. Однако, хотя это может показаться противоречием, пластичность необходима также и для того, чтобы мы могли забывать и создавать новые воспоминания.

Другими словами, прочные связи обеспечивают долговечность воспоминаний; а разрывы связей помогают забывать и дают возможность для кодирования новых воспоминаний с помощью новых связей. Во многих случаях обращение к воспоминаниям приводит к реконструкции фактов; сегодня считается, что при такой реконструкции возникает новая синаптическая конфигурация.

Предполагается, что изменения, разрывы и адаптация синаптических связей происходят непрерывно: каждое утро мы просыпаемся с мозгом, который анатомически — то есть структурно — отличается от своей вчерашней версии. Ведь именно во время сна происходит консолидация (то есть закрепление и переход в долговременную форму) воспоминаний и одновременно отсеивается значительная часть полученной за день информации.

Именно поэтому мозг каждого человека считается уникальным. Мозг воплощает индивидуальный способ нашего взаимодействия с миром, соединяя генетические предрасположенности с особенностями организации, сформированными личным опытом. Нейронные связи у каждого человека настолько своеобразны, что некоторые ученые даже считают, что наша подлинная индивидуальность определяется не столько генами, сколько нейронными связями, то есть нашей уникальной «нейронной проводкой».

В то время как клетки эпидермиса кожи постоянно делятся, чтобы обеспечить себе замену в случае травмы, нейроны обновляются редко: они рождаются и умирают вместе с нами. Такое постоянство помогает сохранять информацию — опыт, который в конечном счете формирует нашу личность, — на протяжении всей жизни. В противном случае с каждым делением нейронов мы начинали бы с чистого листа.

С момента публикации работ нейробиолога и лауреата Нобелевской премии Сантьяго Рамона-и-Кахаля человеческий мозг принято представлять как огромную сеть из взаимосвязанных элементов. Цепочки и контуры мозга основаны на отношениях, которые нейроны устанавливают друг с другом посредством миллиардов синаптических связей независимо от того, работают эти связи или нет.

Как мы уже упоминали, сети и цепи — это динамические образования. Их функциональные структуры образованы группами нейронов, которые работают согласованно. Они строятся по модульному принципу, так как каждая сеть предназначена для анализа информации определенного типа, и, как правило, организованы по принципу иерархии, поскольку этот анализ становится все более и более сложным. Кроме того, существует несколько очень больших сетей: зрительная, слуховая, соматомоторная, лимбическая, лобно-теменная и другие.

Некоторые из этих сетей более стабильны и влиятельны, чем другие. Такова, например, «сеть пассивного режима работы мозга», или «состояние покоя». Это сеть, связанная с состоянием покоя и высшими когнитивными функциями, такими как мысли и внутренние состояния ума. Она остается активной, даже когда внешние стимулы или внутренние психические задачи не обрабатываются. Эта сеть позволяет с полным основанием утверждать, что мозг не отдыхает никогда.

Зрительный путь

Примерно треть мозга участвует в обработке зрительных сигналов: интерпретации цветов, обнаружении контуров и движений, определении глубины и расстояний, идентификации объектов, распознавании лиц и т.п. Наши глаза получают информацию о внешнем мире в виде потока фотонов. В сетчатке фотоны преобразуются в электрические сигналы, которые по зрительному нерву передаются в мозг. Вся эта электрическая информация обрабатывается в основном в затылочной доле; в этом процессе задействовано более трети коры головного мозга.

Мы живем в визуально насыщенном мире, и обработка этой информации — первая задача, с которой сталкивается наш мозг. Сетчатка одного глаза содержит более 100 миллионов фоторецепторов, которые принимают огромный поток информации — как если бы мы одновременно смотрели несколько фильмов с диалогами и саундтреком! Но, конечно же, обрабатывать такой объем информации полностью невозможно. Поэтому мозг научился отбирать и фильтровать то, что мы видим.

Так что в действительности мы собираем и используем очень малую часть информации о мире. Но даже при такой ограниченной информации изощренный механизм построения умозаключений и декодирования позволяет нам создавать иллюзию реальности, о которой идет речь с самого начала этой книги. Рассмотрим процессы, благодаря которым это возможно.

Сетчатка выстилает внутреннюю поверхность глаза и содержит миллионы фоторецепторов — особых нейронных рецепторов, которые специализируются на улавливании фотонов и передаче информации по цепочкам нейронов внутри глаза, которые сходятся к ганглионарным клеткам.

Рис. 2.4a. Демонстрация заполнения. Мы видим крестик и кружок. Если поместить книгу на расстоянии около 30 сантиметров от глаз и закрыть левый глаз, а правым смотреть прямо на крестик и медленно двигать книгу вперед и назад, в какой-то момент кружок «исчезнет», и мы будем видеть только непрерывный узор в полоску. Это происходит в тот момент, когда изображение круга точно совпадает со слепым пятном