Упрощенная функциональная схема человеческого мозга

Инфографика,  показывающая взаимосвязи нейронных сетей мозга на основании современных нейроанатомических данных.

В рамке в левом нижнем углу этого рисунка указано, что исследования, необходимые для его разработки, были проведены аэрокосмическим инженером, который работал над разработкой системы наведения космических челноков и потратил более четырех лет на анализ более 1000 нейробиологических исследований, чтобы подготовить эту схему.

Проблема, присущая любой попытке составить диаграмму цепей мозга, заключается в том, что если вы используете соответствующий масштаб для изображения крупных нервных пучков, вы не сможете правильно представить мелкие, и наоборот.

Гипоталамус представляет собой отличный пример этой проблемы, потому что он очень мал, но имеет очень много ядер, которые плотно взаимосвязаны между собой.

Но, к сожалению, подобные графики заставляют людей думать, что какая-то конкретная часть мозга выполняет только одну конкретную функцию, тогда как на самом деле каждая его часть постоянно и динамично работает со многими другими, образуя временные функциональные сети и, таким образом, участвует во многих различных функциях.

И поэтому эта диаграмма, конечно, не может передать временное измерение функций мозга, — ритмы, составляющие его основной язык.

Подавляющее большинство нейронов человеческого мозга демонстрируют ритмическую активность — другими словами, они посылают один нервный импульс, затем затихают, затем посылают другой нервный импульс и так далее.

Эти паттерны, имеющие разные частоты, являются одним из основных способов общения нейронов друг с другом.

К сожалению, в учебниках по нейробиологии для колледжей и университетов нейронные ритмы мозга обсуждаются лишь очень поверхностно, хотя на самом деле они начинают проливать свет на множество различных научных загадок.

Хорошим примером является блок обучения, который связан с определенными типами нейронной активности в гиппокампе. Это почти все, что говорится в учебниках по этому вопросу – и ничего о том, какой конкретный механизм может быть задействован. Вы можете прочитать, что ваши недавно приобретенные воспоминания консолидируются, пока вы спите, или реконсолидируются, когда вы их извлекаете, и что каким-то образом в этом участвует гиппокамп, но не более того.

Дело в том, что сегодня мы знаем об этих явлениях гораздо больше.

Но чтобы обсуждать их более подробно, нельзя не говорить о ритмах мозга.

Например, нейробиологи обнаружили, что резкие волны-рябь (быстрые колебания с частотой от 150 до 200 Гц), характерные для гиппокампа, могут отражать прошлые и потенциальные будущие переживания.

В экспериментах с грызунами разрушение этих закономерностей нарушало память животных, что отражалось в их поведении. На основании этих, и многих других наблюдений, некоторые учёные выдвинули гипотезу о том, что резкие волновые сигналы гиппокампа позволяют извлекать воспоминания, которые затем могут быть немедленно использованы другими цепями мозга, расположенными дальше, которые участвуют в принятии решений, планировании, воспоминании, и/или воображении, одновременно инициируя процессы консолидации памяти.

Это уже довольно интересно, но это еще не все!

В ходе одной серии экспериментов ученые регистрировали активность в гиппокампе крысы, когда она двигалась по линейному коридору, чтобы получить пищевое вознаграждение.

После того, как крыса совершала несколько переходов по коридору, ученые наблюдали, как крыса стояла какое-то неподвижно, прежде чем начать свой следующий переход, в это время как ряд локальных клеток возбуждался и в её гиппокампе возникли резкие волновые колебания. И эти локальные сигналы срабатывали в точно такой же последовательности (только ускоренной), как и тогда, когда крыса действительно двигалась по коридору!

Более того, когда крыса дошла до конца коридора и начала поедать свою награду, исследователи наблюдали другие резкие колебания, ее гиппокамп воспроизводил, но на этот раз в обратном порядке, ту же последовательность срабатываний локальных клеток, что и во время путешествия, как будто крыса перекодировали эту драгоценную последовательность, которая привела к появлению этого вкусного лакомства!

Эти результаты говорят нам о том, что значение нервного импульса, запускаемого в определенной ячейке в любой данный момент времени, будет зависеть от его связи с конкретной фазой ритмического волнового паттерна, который возникает на заднем плане в это же время.

Это всего лишь еще один пример того, как для того, чтобы начать понимать даже самый незначительный когнитивный процесс, мы должны также учитывать динамическую, ритмичную природу деятельности мозга.