Как мозг кодирует мысли

Понятно, что все наши мысли и чувства сопровождаются переменами в активности нейронов, однако какого рода эти перемены? Как происходит, например, переключение между двумя вариантами ответа на вопрос «пить или не пить»? Теперь у нас в руках есть данные, позволяющие в общих чертах представить работу нейронов, которая сопровождает принятие решения: исследователям из Массачусетского технологического института (США) удалось увидеть, что происходит в мозгу при изменении в поведении (хотя над деталями и всевозможными частными случаями этого механизма предстоит ещё работать и работать).

В эксперименте использовали обезьян, обученных реагировать на объекты в зависимости от их цвета или пространственного расположения. Задание предполагало определённую когнитивную пластичность: животные должны были решать, какому параметру отдать предпочтение в каждом конкретном случае. То есть необходимо было сконцентрироваться на одном виде информации и полностью игнорировать другой. Одновременно исследователи записывали электрическую активность нейронов коры мозга. Оказалось, что за каждую из задач в мозгу обезьян отвечала определённая группа нейронов. Волны, которые производили в момент активности обе эти группы, хотя и относились к бета-ритмам, заметно отличались друг от друга. Некоторые нейроны относились и к той и к другой группе, однако рисунок их активности зависел от текущей задачи.

Но, кроме бета-ритмов, учёные зарегистрировали ещё и альфа-ритмы, которые включались в группе нейронов в момент выполнения чужой задачи. То есть когда нужно было учесть цветовую информацию, «цветовая» группа работала в бета-ритме, а та, что отвечала за анализ пространственного расположения предметов, действовала в альфа-ритме. Альфа-ритмы считаются тормозящими; иными словами, чтобы сформировать правильное поведение, нужно не только включить правильную группу нервных клеток, но и выключить те нейроны, которые к текущей задаче не имеют отношения.

Образно говоря, исследователям удалось сделать мгновенную фотографию мозговой активности в момент принятия решения. Это позволило определить основные принципы работы мозга в такие моменты. Во-первых, за разные задачи, решения, блоки информации — словом, за разные мысли — в мозгу отвечают разные ансамбли нейронов, которые обладают собственным рисунком активности, в зависимости от выполняемой задачи. Во-вторых, активация одних групп нейронов сопровождается подавлением других. Это, кстати, может объяснить определённую ограниченность нашего сознания — ведь мы не можем одновременно держать в голове больше нескольких мыслей, или выполнять сразу много действий, или испытывать сразу полсотни ощущений. Ограничения таятся в устройстве мозга: пока работает одна группа нервных клеток, другие должны молчать.

Но это лишь сам механизм переключения, и теперь предстоит выяснить, кто его запускает. То есть что за структура приказывает одним нейронам работать, а другим — отдыхать. Наконец, кто формирует такие рабочие группы?.. По некоторым предположениям, координацию нейронов осуществляют более глубокие структуры мозга вроде таламуса, но это, как говорится, требует подтверждений. Что же до того, чтобы по активности нейронов предсказывать мысли, чувства и поведение, то до этого вряд ли скоро дойдёт. Разнообразию мира вокруг нас соответствует разнообразие комбинаций нейронных групп, которые к тому же могут «перетекать» друг в друга, и читать мысли по рисунку нейронной активности если и получится, то очень нескоро.

Статья с результатами экспериментов опубликована в журнале Neuron.

Подготовлено по материалам MIT News