Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем - Николелис Мигель

Поначалу мы думали, что такие одновременные возмущения нейронов происходят по причине того, что два животных подвергаются одним и тем же сенсорным стимулам, таким как зрительное восприятие комнаты, присутствующее в их мозге в одно и то же время. Однако выяснилось, что все было намного интереснее этого тривиального объяснения. Дальнейший анализ показал, что нейроны в участках моторной коры мозга двух обезьян возбуждались одновременно, поскольку моторная кора обоих животных одновременно рассчитывала пару векторов скорости, необходимую для перемещения инвалидного кресла Пассажира к месту выдачи винограда. В случае Пассажира этот расчет был вполне ожидаемым, поскольку обезьяна занималась перемещением кресла. Но и мозг Наблюдателя, выполнявшего пассивную роль, также рассчитывал, что нужно было сделать с его точки зрения, чтобы переместить инвалидное кресло в правильное место: в частности, некоторые нейроны его моторной коры тщательно отслеживали перемещения кресла к цели, поскольку достижение цели обеспечивало Наблюдателю порцию сока! Очевидно, что мозг двух обезьян настроился на выработку необычных моторных сигналов одного и того же типа – векторов угловой скорости и скорости переноса для перемещения инвалидного кресла, что требовалось обоим для получения желанного вознаграждения.

Проанализировав данные еще подробнее, По-Хе обнаружил, что синхронизация нейронов моторной коры в мозге двух обезьян усиливалась, когда обезьяны, игравшие роли Пассажира и Наблюдателя, приближались друг к другу, особенно если расстояние между ними сокращалось примерно до одного метра. Это означало, что синхронная активность нейронов, зарегистрированная в моторной коре двух животных, коррелировала с расстоянием между Пассажиром и Наблюдателем в процессе их взаимодействия. Дальнейший анализ показал, что это усиление кортикальной синхронизации происходило тогда, когда доминантная обезьяна из пары играла роль Пассажира, а обезьяна более низкого ранга была Наблюдателем. При смене ролей, когда доминантная обезьяна становилась Наблюдателем, а нижестоящая обезьяна получала роль Пассажира, подобного усиления кортикальной синхронизации не происходило, или оно не было таким значительным. Внезапно мы осознали, что уровень межмозговой кортикальной синхронизации мог указывать на относительное социальное положение обезьян, задействованных в нашем эксперименте.

Достаточно интересно, что расстояние между участниками, при котором мы наблюдали максимальную межмозговую синхронизацию (около метра), приблизительно равно пределу досягаемости руки макаки-резуса. Это означает, что на таком расстоянии обезьяна может использовать руки для груминга или нападения на другого представителя группы. Это дополнительно подтверждает, что усиление межмозговой синхронизации при приближении доминантной обезьяны в роли Пассажира к нижестоящей обезьяне дает важный ключ к пониманию их социальных взаимоотношений.

Но это еще не конец истории. Анализируя происходящее в моторной коре обезьян, применявших беспроводной интерфейс «мозг-машина» для перемещения инвалидного кресла, аспирант и специалист в области биомедицинской инженерии из моей лаборатории Аллен Йин обнаружил, что многие нейроны моторной коры изменяли степень возбуждения в зависимости от относительного пространственного расположения инвалидного кресла и места выдачи винограда. Одни нейроны возбуждались сильнее, когда кресло было ближе к винограду, тогда как другие были активнее, когда кресло было дальше. Неожиданным образом благодаря этому результату мы получили возможность точно предсказывать пространственную траекторию движения кресла от исходной точки до пункта выдачи винограда, просто анализируя моторную кору Пассажира. Как и предсказывал принцип вырожденности в рамках релятивистской теории мозга, эту траекторию в разных опытах можно было оценить по коллективному возбуждению разных образцов нейронов коры.

В этот момент мы поняли, что собранные воедино результаты экспериментов с Пассажиром и Наблюдателем позволяли рассматривать первичную моторную кору совсем по-новому, что оказалось для меня важным ключом к пониманию принципов синхронизации индивидуумов в мозгосетях, а также дало нам новые доказательства моей теории работы индивидуального мозга. Для начала стало ясно, что кроме способности кодировать движения тела (классическая функция, которую нейробиологи связывают с этой областью коры уже более столетия) сети нейронов в первичной моторной коре быстро обучаются кодировать движения, необходимые для управления искусственными устройствами, что требует совсем иных моторных программ, чем для движений собственных конечностей приматов. В довершение всего нейроны первичной моторной коры способны одновременно кодировать схему пространства между телом индивидуума и конечной целью запланированного движения, а также расстояние между индивидуумами одного вида. К этому списку наблюдений мы также должны добавить, что примерно половина нейронов моторной коры обезьян, участвующих в планировании движений конечностей, способна модулировать электрическое возбуждение в предвкушении вознаграждения и в зависимости от соответствия полученной в данном испытании награды предшествовавшим ожиданиям. Никакие современные теории о моторной коре приматов не позволяли предсказать, что все эти функции могут одновременно выполняться сетями нейронов этой области коры. И что самые базовые социальные характеристики животных кодируются усилением синхронизации нейронов моторной коры. Но именно это предсказывал принцип многозадачности в рамках релятивистской теории мозга: конкретная область коры (например, первичная моторная кора) одновременно участвует в решении многих функциональных задач.

Первым, что пришло мне в голову, когда я попытался осмыслить все эти очень интересные наблюдения, была мысль о том, что По-Хе натолкнулся на специфический тип клеток коры, называемых зеркальными нейронами. Эти нейроны, впервые описанные известным итальянским нейрофизиологом, профессором из Университета Пармы Джакомо Риццолатти по результатам экспериментов с макаками-резусами в 1990-х годах, получили свое название из-за специфического физиологического поведения: кроме модуляции (повышения и понижения) частоты возбуждения при подготовке или выполнении движений руками, эти клетки возбуждались еще и тогда, когда животные просто наблюдали за другой обезьяной или за исследователем, выполнявшими такие же движения. Через несколько лет после исходного открытия с участием макак-резусов активность зеркального типа была также обнаружена у людей с помощью современных методов визуализации мозга, таких как магнитный резонанс.

В первой работе об обезьянах профессор Риццолатти сообщил о существовании зеркальных нейронов только в высокоупорядоченной моторной кортикальной области, расположенной в боковой части фронтальной коры. Риццолатти называет эту зону F5, пользуясь термином из старой классификации. Большинство нейрофизиологов, изучающих кору, называют этот отдел вентральной областью премоторной коры. Однако вскоре стало ясно, что зеркальные нейроны есть не только в премоторной коре. Как указывает Стефано Роцци в обширном обзоре на эту тему, последующие исследования обезьян и человека позволили обнаружить зеркальные нейроны во многих других отделах как фронтальной, так и теменной коры, из чего следует, что данный тип двигательной активности осуществляется широко распределенной лобно-теменной сетью нейронов. В этом качестве сеть зеркальных нейронов включает в себя многие зоны коры, участвующие в движении рук, рта и глаз. Интересно, что, по данным Роцци, у певчих птиц активность зеркальных нейронов наблюдается в структурах мозга, ответственных за пение и обучение.

В целом наличие зеркальных нейронов в лобной и теменной части коры обезьян и человека и их повсеместное распределение указывают на то, что эта система играет очень важную роль в социальном взаимодействии в группах людей и животных. Это легко понять, если учесть, что электрическая активность зеркальных нейронов отражает не только подготовку и выполнение движений самим индивидуумом, но также восприятие аналогичных движений, осуществляемых другими представителями ближайшего социального окружения или даже другими приматами (например, экспериментатора при работе с лабораторными обезьянами). Ученые обнаружили, что зеркальные нейроны также могут свидетельствовать об определенной точке зрения индивидуума, наблюдающего за движениями другого индивидуума, а также об оценке вознаграждения за это действие. В целом эти результаты позволяют предположить, что классическое определение зеркальных нейронов, возможно, не в полной мере отражает многочисленные функции, выполняемые лобно-теменными сетями этих клеток.