Эволюция разума - Курцвейл Рэймонд. Страница 22

Упрощенная схема обработки слуховой информации в подкорке и новой коре (модель AUudience, Inc., рисунок (с модификациями) взят из статьи L. Watts, Reverse-Engineering the Human Auditory Pathway, in J. Liu et al. (eds.), WCCI 2012; Berlin: Springer-Verlag, 2012, p.49).

Входные сигналы от собственного тела человека (по оценкам — сотни мегабит в секунду), включая сигналы от нервных клеток кожи, мышц, внутренних органов и других зон, направляются в верхнюю часть спинного мозга. Это не только тактильная информация, но и данные о температуре, уровне кислотности (например, о содержании молочной кислоты в мышцах), перемещении пищи по пищеварительному тракту и о многом другом. Эта информация обрабатывается стволом мозга и средним мозгом. Важнейшие клетки, называемые нейронами первого слоя, создают карту тела, отражающую его текущее состояние; ее можно сравнить с дисплеем, на котором авиадиспетчеры отслеживают движение самолетов. Отсюда информация поступает в загадочный отдел мозга, называемый таламусом. И это тема нашего следующего раздела.

Таламус

От среднего мозга сенсорная информация далее проходит через заднее вентромедиальное ядро таламуса (ВМЯ; участок мозга размером с лесной орех), в котором формируются сложные реакции организма, такие как «какой ужасный вкус», «что за вонь» или «это прикосновение возбуждает». Постепенно обработанная информация собирается в двух отделах новой коры, называемых островками мозга. Эти структуры размером с небольшой палец локализованы на правой и левой стороне коры. Артур Крейг из Неврологического института Барроу в Финиксе (Аризона) определяет ВМЯ и островки как «систему, представляющую меня в материальном мире» [64].

Таламус выполняет множество функций, в частности считается местом, откуда предварительно обработанная сенсорная информация направляется в новую кору. Кроме тактильной информации, поступающей через ВМЯ, обработанная информация от зрительного нерва (которая, как было сказано выше, уже подверглась существенной трансформации) направляется в участок таламуса, называемый латеральным коленчатым ядром, откуда поступает в зону VI новой коры. Звуковая информация идет через медиальное коленчатое ядро таламуса, а затем достигает первичной слуховой коры. Вся сенсорная информация (возможно, за исключением обонятельной информации, которая передается через обонятельные луковицы) проходит через специфические участки таламуса.

Проведение тактильного сигнала в теле человека.

Однако наиболее важная функция таламуса заключается в непрерывном контакте с новой корой. Распознающие модули новой коры посылают в таламус предварительные данные и получают ответы главным образом в виде возбуждающих и ингибирующих сигналов от шестого уровня каждого модуля. Мы помним, что это не беспроводная система коммуникаций и между всеми участками коры и таламусом действительно возбуждается огромное число аксонов. Если учесть широту поля деятельности (в виде физической массы необходимых связей), то становится понятно, что таламус постоянно проверяет информацию от сотен миллионов распознающих модулей новой коры [65].

О чем же эти сотни миллионов модулей сообщают таламусу? Судя по всему, это важная информация, поскольку серьезные двусторонние повреждения основных участков таламуса могут приводить к длительной потере сознания. У человека с повреждением таламуса новая кора по-прежнему может функционировать, и самовозбуждающаяся система ассоциативного мышления продолжает работать. Но направленное мышление (заставляющее нас вылезать из постели, садиться в машину или за рабочий стол) без таламуса не работает. Известен случай 21-летней Карен Энн Куинлан, которая после перенесенного сердечного приступа и остановки дыхания на протяжении десяти лет находилась в вегетативном состоянии, не реагируя на окружающий мир. Произведенное после смерти вскрытие показало, что ее новая кора работала нормально, но таламус был разрушен.

Ключевая роль таламуса в сосредоточении внимания связана с использованием данных, структурированных в новой коре. Таламус применяет хранящийся в новой коре список, позволяющий нам думать в определенном направлении или следовать определенному плану действий. Как показали исследования нейробиологов из Института обучения и памяти имени Пиковера при Массачусетском технологическом институте, наша рабочая память способна одновременно удерживать четыре вопроса — по два в каждой полусфере мозга [66]. Пока еще неясно, руководит ли таламус новой корой или наоборот, но для нормального функционирования нужны оба отдела.

Гиппокамп

В каждом полушарии мозга содержится гиппокамп — маленькая структура в форме подковы, расположенная в медиальных височных отделах мозга. Его основная функция состоит в запоминании новых событий. Поскольку сенсорная информация проходит через новую кору, именно она решает, что данная информация является новой и ее нужно представить гиппокампу. Это происходит в том случае, если новая кора не может распознать определенный набор черт (например, новое лицо) или если уже знакомая ситуация приобрела новые характеристики (например, если на лице вашей жены появились накладные усы).

Гиппокамп запоминает эти ситуации, хотя, по-видимому, делает это с помощью отсылок к новой коре. Таким образом, сохраняемые в гиппокампе воспоминания также фиксируются в новой коре в виде образов низкого порядка. У животных, не имеющих новой коры, при модуляции чувственного опыта гиппокамп просто запоминает поступающую сенсорную информацию, которая, однако, подвергается предварительной обработке (например, в зрительном нерве).

Хотя гиппокамп использует новую кору (если она есть) в качестве сверхоперативной памяти, его собственная память (отсылки к новой коре) не имеет иерархического строения. Таким образом, животные, не имеющие новой коры, также могут запоминать информацию с помощью гиппокампа, но их воспоминания не являются иерархическими.

Емкость гиппокампа ограничена, поэтому хранящиеся в нем воспоминания недолговечны. Гиппокамп отсылает определенные последовательности образов на долгосрочное хранение, вновь и вновь переправляя их в новую кору. Таким образом, гиппокамп нужен нам для запоминания новых данных и нового опыта (хотя исключительно моторные функции, по-видимому, усваиваются другим путем). Человек с двусторонними повреждениями гиппокампа сохранит имеющиеся воспоминания, но не сможет усваивать новый материал.

Нейробиолог Теодор Бергер и его коллеги из Университета Южной Калифорнии создали модель гиппокампа крысы и успешно провели эксперименты по имплантации искусственного гиппокампа. В статье, опубликованной в 2011 г., они описали блокирование определенных навыков крыс с помощью лекарственных препаратов. Используя искусственный гиппокамп, крысы быстро вновь обучались утерянным навыкам. Описывая возможность контроля имплантированного органа, Бергер писал: «Когда переключатель включен, крысы вспоминают; когда он выключен, они забывают». В другом эксперименте искусственный гиппокамп работал одновременно с настоящим. В результате повысилась способность крыс воспринимать новую информацию. Бергер писал: «Эти комплексные экспериментальные модели впервые показали, что… нейронные имплантаты способны в реальном времени идентифицировать процесс кодирования и манипулировать им, восстанавливая и даже улучшая когнитивные мнемонические процессы» [67]. Гиппокамп — из тех отделов мозга, которые в первую очередь повреждаются при болезни Альцгеймера, поэтому одна из целей данного исследования заключается в создании нейронных имплантатов, которые могли бы сглаживать первую фазу повреждений в ходе развития заболевания.