Машина мышления. Заставь себя думать
Шрифт:
Возможно, вы знаете, что самым длинным нейроном в организме человека считается клетка, расположенная в стволе мозга и тянущая свой аксон аж до большого пальца ноги. Длина этого аксона у взрослого человека в среднем порядка 90 сантиметров.
Но и в головном мозге, как вы, наверное, догадываетесь, они наматывают те ещё круги!
То есть когда мы говорим, что нейронные связи прорастают в различные области коры и подкорки, мы буквально говорим о том, что нейроны протягивают свои отростки на целые сантиметры в длину, может быть, даже на десятки сантиметров.
И то, что это не самая простая задача, я думаю, понятно.
В
Рис. 27. Кар та анатомической связности различных отделов мозга (слева), карта функциональной связности (справа)31.
Поэтому главный принцип организации мозга, как мы теперь знаем, — сетевой. Причём строятся в нашем мозге как множественные системные связи, так и региональные сетевые структуры.
Ключевыми для нашего мозга являются базовые нейронные сети, о которых мы с вами уже говорили, — центральная исполнительная сеть, сеть выявления значимости, дефолт-система мозга.
Эти сети отвечают за определённые режимы работы мозга, когда мы, по сути, находимся в разных состояниях, зависящих от актуального момента: мы потребляем информацию или решаем какие-то задачи, нам надо сориентироваться по ситуации или же мы «блуждаем».
Но этим дело, конечно, не ограничивается: сетей в нашем мозге невероятное количество.
Сейчас этой областью исследований занимается целое научное направление, которое получило название «сетевая нейробиология» (ещё её называют «вычислительной», «теоретической», «математической» неврологией).
Здесь активно используются математика и моделирование, с помощью которых исследователи описывают принципы, которые определяют развитие мозга, его физиологию и познавательные процессы.
Подобное математическое моделирование используется как в отношении отдельных нейронов, так и для понимания механизмов памяти, нейропластичности, визуального внимания, речевой функции, обучения, сознания, базовых нейронных сетей и т. д.
В результате одни учёные представляют на суд других учёных головокружительные расчётные структуры связности мозга, а также множество загадочных графиков и умопомрачительных формул.
Честно признаюсь: это математическое чудо точно выше моих интеллектуальных способностей.
«ВЕЛИКОЛЕПНАЯ ВОСЬМЁРКА»
Наиболее интересные исследования в направлении сетевой нейронауки, на мой взгляд, осуществляются творческими коллективами под руководством Мартейна ван ден Хевеля (Утрехтский университет в Нидерландах) и Олафа Спорнса (Университет Индианы в США). Эти научные коллективы опубликовали совместную работу, в которой показали стройность системы внутримозговых связей.
По моделям, которые были ими созданы (рис. 28), очень хорошо видно, как распределены и в то же время взаимосвязаны локальные сети мозга (в отдельных областях), узлы основных (общемозговых) сетей, а также узлы «богатых клубов» (rich-club), которые были ими обнаружены и опубликованы в знаменитой статье 2012 года.
Рис. 28. Слева показана взаимосвязь основных нейронных хабов со множеством локальных сетей мозга, на центральном изображении выделены центры общемозговых сетей, на крайнем правом изображении — связи «большой восьмёрки»32.
В 2011 году, используя диффузионную магнитно-резонансную томографию, Мартейну ван ден Хёвелю и Олафу Спорнсу удалось выявить систему хабов, где сходятся, по сути, нейронные пути головного мозга.
В каждом здоровом человеческом мозге, как оказалось, обнаруживается 12 относительно небольших, но крайне активных групп нейронов, связанных с огромным количеством нервных клеток в совершенно разных областях мозга.
При этом восемь из них, самые значительные, расположенные как на поверхности полушарий, так и в глубинных слоях гиппокампа, и получили название «большой восьмёрки».
Рис. 29. На рисунке слева представлены основные связи, образующие соответствующие сетевые хабы, на центральном рисунке указаны связи между ключевыми хабами, а на рисунке справа выделены связи между центрами «большой восьмёрки»33.
Судя по всему, центры этой великолепной восьмерки задействованы буквально во всех случаях, когда мозг решает достаточно сложные задачи.
Как говорит сам ван ден Хевель, «в эту группу входят только самые влиятельные области мозга, которые постоянно держат друг друга в курсе текущих событий и, скорее всего, обмениваются информацией, касающейся работы всего мозга в целом».
Когда мы говорим, что мозг строится и развивается аж до 25–30 лет, речь идёт именно о формировании этих фундаментальных мозговых структур, обеспечивающих единственно его функционирование.
В детском мозге связность организована в основном по своему анатомическому расположению, и лишь постепенно, с возрастом, происходит специализация и функциональное размежевание групп нейронов в рамках соответствующих областей мозга.
Причём это размежевание как раз и вызвано тем, что отдельные группы нейронов в рамках одной анатомической области включаются в разные общемозговые нейронные сети и начинают больше зависеть от своих нейронных хабов, чем от своих собратьев по анатомическому месторасположению.
То есть в младенческом мозге клетки, допустим, зрительной зоны общаются преимущественно между собой, и слуховой коры — тоже между собой шепчутся, и мозжечок живёт своей жизнью, а нейроны лобной коры — своей.
Эта трансформация связности от анатомической к функциональной лучше всего видна, как нетрудно догадаться, на примере лобных долей, что всё та же сетевая неврология нам и демонстрирует (рис. 30).
Можно сказать, что нейроны к своему горизонтальному подчинению получают ещё и вертикальное, как это бывает в случае организационно-структурного, с одной стороны, и матричного (содержательного, по направлениям) подчинения — с другой в крупных компаниях.