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

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.

В практическом плане открытие зеркальных нейронов показало, что моторные области коры имеют постоянный доступ к зрительной информации. Один интересный аспект заключается в том, что зрительный сигнал достигает моторной коры разными проходящими через мозг путями. Одним из наиболее примечательных из них является путь, позволяющий зрительным сигналам из нижней височной коры (элемент зрительной системы приматов) достигать вентральной области премоторной коры в лобной доле через ретранслятор в теменной доле. Нейроны нижней височной коры реагируют, когда обезьяны или люди смотрят на сложные и тщательно изготовленные предметы. Кроме того, известно, что подгруппа этих нейронов у обезьян и человека возбуждается сильнее, когда индивидуум видит лицо другого представителя своего вида.

Просматривалась некоторая аналогия между классическими свойствами зеркальных нейронов и результатами работы По-Хе. Но было и заметное несоответствие: наши данные по регистрации активности нейронов были получены для первичной моторной коры и дорсального отдела премоторной коры лобной доли обезьян, а не для вентрального отдела премоторной коры, в котором Риццолатти впервые обнаружил эти клетки. Это несовпадение усугублялось тем, что некоторые исследования с визуализацией мозга человека вообще не выявили активности зеркальных нейронов в первичной моторной коре. Однако после внимательного ознакомления с литературными данными я обнаружил как минимум два исследования на обезьянах, в которых в первичной моторной коре животных была зафиксирована активность, напоминающая активность зеркальных нейронов. В одном из этих исследований нейрофизиологи отмечали, что большинство зеркальных нейронов усиливали степень возбуждения, когда индивидуум наблюдал за тем, как кто-то другой совершает какое-либо действие, тогда как небольшая доля зеркальных нейронов из первичной моторной коры реагировала снижением возбуждения, и это явление было также отмечено в премоторной коре. В том же исследовании было показано, что зеркальные нейроны первичной моторной коры возбуждаются намного сильнее, когда обезьяна сама выполняет действие, чем когда она наблюдает за действиями кого-то другого. Менее выраженное изменение скорости возбуждения при наблюдении за действием другого существа может объяснять, почему во многих исследованиях с визуализацией мозга человека активность зеркальных нейронов в первичной моторной коре не была зафиксирована. То, что магнитный резонанс не выявлял присутствия таких нейронов в первичной моторной коре, стало почти очевидным при использовании нового метода магнитоэнцефалографии, способного регистрировать слабые магнитные поля, производимые корой мозга. С помощью магнитоэнцефалографии исследователи без труда идентифицировали возбуждение зеркальных нейронов в первичной моторной коре человека. Интересно, что магнитоэнцефалография также показала, что хотя у детей с признаками аутизма наблюдается активность зеркальных нейронов в первичной моторной коре, эти дети, по-видимому, не используют результаты активации этих нейронов для проявления общепринятого социального поведения.

На основании данных о зеркальных нейронах, обнаруженных нами в литературе, стало гораздо легче интерпретировать наблюдения По-Хе в экспериментах с Пассажиром и Наблюдателем в качестве взаимодействия такого типа (перемещение всего тела с помощью искусственного устройства), которое ранее не связывали с репертуаром активности зеркальных нейронов в первичной моторной коре приматов.

Но это было еще не все.

Углубленный анализ нейрофизиологических свойств зеркальных нейронов, а также тот факт, что они встречаются как в первичной моторной, так и в соматосенсорной коре, заставили меня задуматься о серии предыдущих исследований, проведенных в нашей лаборатории, в которой мы, возможно, сами того не зная, натолкнулись на этот класс клеток коры. С 2012 года в рамках тренировок, которые обезьяны должны были пройти, обучаясь контролировать интерфейс «мозг-машина», мы провели несколько экспериментов, в которых животные пассивно наблюдали за сотней движений виртуальной руки на экране стоящего перед ними компьютера (рис. 7.4). Во время этих пассивных наблюдений мы одновременно регистрировали электрическую активность сотен нейронов, локализованных как в первичной моторной, так и в соматосенсорной коре. Каждый раз значительная доля этих нейронов настраивалась на различные движения виртуальной руки, и скорость их возбуждения менялась в ответ на эти движения. Когда обезьян подключали к интерфейсу «мозг-машина», эти натренированные нейроны позволяли животным быстро обучаться контролировать движения виртуальной руки исключительно с помощью активности мозга. Говоря попросту, пассивного наблюдения за виртуальной рукой было достаточно, чтобы обезьяна быстро овладевала этим двигательным искусством.

Рис. 7.4. Пассивные наблюдения. A: Обезьяна сидела перед экраном с мягко зафиксированными руками, закрытыми непрозрачным материалом. B: Реальное положение левой и