Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

тело, какими бы двигательными органами оно ни обладало — ногами, плавниками или робоконечностями. В любых заданных условиях мозг тонко настраивает свои нейроны для максимизации поступающих от мира потоков данных. Подстройке содействуют вознаграждения, которые широко транслируются по всей сети, оповещая, что операция по адаптации к изменениям проведена успешно. Таким путем система при минимуме предустановленных программ самостоятельно оптимизирует свое взаимодействие с реальностью.

Например, мы узнали, как формируют сами себя нейронные ландшафты у младенца Хаято из Осаки и у малыша Уильяма из Пало-Альто, что позволяет им различать разные звуки. В главе 6 я иллюстрировал этим примером модификации на основе вознаграждения, но сейчас мы можем расценить это как явление более высокого порядка — инфотропизм: мозг каждого младенца приспосабливался под максимизацию притока данных, значимых в его конкретной реальности.

Если рассматривать это явление в более длительном временном масштабе, то, как мы уже видели, зрительную кору ослепшего индивида занимают проекции других органов чувств. В главе 8 мы изучим, как именно нейроны проделывают подобный трюк, а сейчас заметим, что захват кортикальной территории тоже можно расценивать как инфотропизм: мозг максимизирует свои ресурсы, чтобы истолковывать любые поступающие в него данные. Теперь вспомним оптическую иллюзию с окрашенными горизонтальными и вертикальными полосками. Ваша зрительная система прикладывает усилия, чтобы различать их цвета и ориентацию, потому что старается получить от реальности максимум информации. А зрительная кора не желает сваливать в одну кучу параметры, которые можно разделить. Хотя этот эффект обычно воспринимают как забавный оптический курьез, кора выполняет такую работу по более серьезной причине: если нечто (скажем, необычный верхний свет или дефект в вашей оптике) придает полоскам какой-то оттенок, мозг непременно реорганизуется, чтобы принять меры, то есть исключить данную взаимосвязь. Таким образом он максимизирует вашу способность извлекать информацию о цветности и пространственной ориентации линий по отдельности. За счет разделения этих двух свойств, которые (статистически) не должны иметь связи, мозг может наилучшим образом черпать информацию из внешнего мира.

Приведу пример инфотропизма на уровне нейронов: сетчатка (расположенная на задней стенке глаза) по-разному воспринимает мир в дневное и ночное время. При ярком полуденном свете ей приходится улавливать огромную массу фотонов, и потому каждый рецептор отвечает за свою крошечную точку в общей картине, обеспечивая ей высокую степень разрешения. Ночью зрительная система работает совсем иначе. Фотонов, которые требуется улавливать, мало, поэтому на первый план выходит задача определить, хотя и с малым пространственным разрешением, что где-то тут располагается некий объект. И потому ночью фоторецепторы меняют детали своих внутренних молекулярных каскадов и объединяют усилия. В таких условиях на распознавание близлежащих объектов тратится больше времени, но рецепторы в совокупности способны проявлять большую световую чувствительность12. Такая сложносочиненная стратегия позволяет сетчатке действовать в разных режимах, когда уровень освещенности возрастает или снижается. При ярком свете зрительная система обеспечивает высокую степень пространственного разрешения; в темноте фоторецепторы объединяют силы, чтобы улучшить шансы улавливать скудные фотоны, и в результате зрение становится гораздо чувствительнее к тусклому свету, зато уменьшается четкость изображения. Система прикладывает титанические усилия, чтобы перевести себя в положение, при котором она способна максимизировать поступающую информацию. В изобилии ли фотоны или их всего ничего, сетчатка оптимизируется, чтобы улавливать данные. Днем она собирает очень детальную информацию, так что и зайца в дали полей заметит, а в сумерки ее чувствительность повышается, чтобы хотя бы в общих чертах ухватить все, что поблизости, например смутные очертания подкрадывающегося под покровом темноты ягуара. Матушка-природа придумала не только сам глаз, но и способ на ходу подстраивать под те или иные условия схему его нейронной сети, чтобы зрение в разных контекстах работало по-разному ради наилучшего применения доступного инструментария. Это чистый инфотропизм.

Подстройка под ожидание неожидаемого

Подобно тому как растения тянутся к свету, а бактерии — к кусочку сахара, мозг стремится к информации. Он старается непрерывно перенастраиваться, чтобы максимизировать объем данных, извлекаемых из окружающего мира. Ради этого мозг выстраивает внутреннюю модель внешнего мира, которая отражает его ожидания. Если мир ведет себя предсказуемо, мозг экономит энергию. Помните, в главе 1 мы обсуждали футболистов: у любителя во время матча отмечается высокая мозговая активность, тогда как у профессионала — очень малая. Причина в том, что у профессионала предвидения относительно его реальности (футбола) уже вплавлены непосредственно в нейронную сеть мозга, а у любителя подобных предвидений еще не сложилось, он пока только силится составить сколько-нибудь вразумительный прогноз.

Мозг по большому счету есть не что иное, как прогностическая машина, и именно стремление к точным прогнозам служит движущей силой его постоянного изменения. Создавая модель состояния мира, мозг настраивается, чтобы формировать верные ожидания и тем самым максимально обострять чувствительность ко всему неожиданному.

И вот теперь, с учетом уже полученных знаний о мозге, мы готовы изучить следующий вопрос: как все эти процессы протекают на уровне мозговых клеток?

Глава 8

БАЛАНСИРУЯ НА ГРАНИ ПЕРЕМЕН

Представьте, что вы космический пришелец и вас угораздило явиться на планету Земля в октябре 1962 года — в самый разгар Карибского кризиса. Вам как непосвященному простительно считать, что ничего существенного в этом незнакомом мире не происходит. Ваши выпученные инопланетные глаза-окуляры не замечают, чтобы Соединенные Штаты Америки предпринимали что-то особенное, как ничего подобного не предпринимают ни Советский Союз, ни Куба. Деликатно прикрывая зеленой лапкой скучливый зевок, вы, надо думать, делаете вывод, что политическая система на этой планете лишена драйва и апатична, а может, и вовсе закостенела.

Вам, верно, и в голову не придет, что единственная причина всеобщего бездействия в том и состоит, что противоборствующие силы достигли абсолютного взаимного равновесия. Напряжение зашкаливает, стороны уже взаимно нацелили свои ядерные ракеты и привели вооруженные силы в полную боевую готовность.

Хотя аналогию не так-то просто разглядеть, но мозг пребывает в таком же положении. Очень может быть, что его карты неизменны потому, что противовесы абсолютно сбалансированы. Мозг только создает иллюзию безмятежности, однако принципы конкуренции удерживают его на тонкой, как волосок, грани перемен. Не будем обольщаться его внешним спокойствием: нейронные сети мозга только с виду безмятежны, и лишь потому, что все его области замерли в вечном противоборстве холодной войны, напряжены и готовы жестко соперничать за будущий передел границ внутреннего «глобуса».

Когда территория исчезает

Два государства — Республика Гаити и Доминиканская Республика — делят между собой территорию острова Гаити в Карибском море. Задумаемся, что случилось бы, если бы на Доминикану обрушился сокрушительный удар цунами и вмиг превратил всю ее территорию в непригодную для жизни. Вариант номер один: Доминиканская Республика исчезла бы с