Раньше мы считали, что мозг работает как прецизионный механизм.
Одна клетка — одна задача. «Местная клетка» отвечает за ваше местоположение. «Клетка Дженнифер Энистон» — за распознавание её лица. Это казалось логичным. Чистым. Элегантным.
Но в основном это было ошибочным представлением.
Стефано Фуси, исследователь из Колумбийского университета, проанализировал данные. И он увидел не коллектив гиперспециализированных экспертов, а толпу универсалов. «Эти [ранее описанные] нейроны — скорее исключение, чем правило», — говорит он.
А что насчёт обильно присутствующих клеток? Тех, которых мы игнорировали, потому что они не были достаточно «блестящими»? Возможно, именно они выполняют основную тяжёлую работу.
Миф о нейроне с единственной функцией
Ещё в 2013 году Фуси заметил нечто странное в мозгах обезьян. Он обнаружил нейроны с «смешанной селективностью». Эти клетки реагировали не на один стимул, а на несколько одновременно. Они активировались, когда получали комплексный ввод. Они были связаны с задачей, но не привязаны к конкретной локации. Им была важна комбинация факторов.
Однако одно исследование на обезьянах не могло разрешить научную дискуссию. Требовался масштаб. Нужно было понять, является ли это странностью или нормой.
Поэтому Фуси обратился к Международной лаборатории мозга. У них были записи активности более 100 мышей. Эти животные не просто сидели сложа лапы — они выполняли работу. Им показывали изображение слева или справа. Мыши должны были переместить его в центр, вращая колесо.
Простая задача? Возможно. Но нейронная активность рассказывала другую историю.
Как смешанная селективность доминирует в коре головного мозга
Исследователи картировали активность и искали узких специалистов.
Они нашли их. Но лишь в специфических зонах. Например, первичная зрительная кора сохранила свой особый статус. Те клетки занимались исключительно зрением. Это была их работа.
А где-либо ещё? Хаос. Или, точнее, сложность.
Нейроны за пределами зрительной коры обрабатывали не только изображение. Они реагировали на то, где именно на экране находилась картинка. Им было важно решение двигать колесо влево или вправо. Они учитывали физический акт вращения колеса. Одна клетка — множество задач.
Важно подчеркнуть, что специализированные нейроны [такие как «местные клетки»] действительно существуют. Но это не норма.
Дело было не только в задаче. Речь шла о том, как разные нейроны реагировали на один и тот же стимул. Возьмём соматомоторные области, отвечающие за планирование движений. Некоторые клетки бурно активировались, когда мыши облизывались или двигали усами. Другие же почти не реагировали.
Отдельные нейроны не имеют узкого, туннельного зрения. Они не фокусируются на одном бит информации. Они захватывают широкую сеть данных.
Почему универсалы могут быть эффективнее
Бен Хейден из Медицинского колледжа Бэйлора назвал эти открытия «громким ударом по лицу» старой теории.
Проблема поиска узких специалистов заключается в бесконечном поиске. Не нашли нужную клетку? Говорите: «Наверное, мне нужно просто записать больше данных». Хейден указывает на масштаб нового исследования. Было зафиксировано 14 000 нейронов.
И всё равно — в большинстве своём универсалы.
Это меняет наше понимание пропускной способности мозга. Если бы каждый нейрон выполнял только одну функцию, потребовались бы бесконечные количества клеток, чтобы обработать все возможные комбинации входных данных. Универсалы решают эту проблему. Реагируя на множественные вводы по-разному, они максимизируют объём информации, который мозг может обработать.
Это, вероятно, охватывает память, когнитивные функции, принятие решений и восприятие. Не отдельные отделы, а единая сеть.
Куда двигаться дальше?
Задача для мышей была простой. Реальные проблемы многомерны. Фуси признаёт это. Он хочет понять, когда нейроны решают сфокусироваться, а когда распределяют внимание широко.
Следующий шаг — не мыши. Это приматы. И люди.
Его команда сотрудничает с исследователями, изучающими пациентов с эпилепсией. Эти пациенты находятся в сознании во время операции с открытой черепной коробкой. Это редкое окно возможностей. Оно позволяет записывать активность человеческих нейронов в реальном времени.
Фуси хочет полностью сменить оптику. Перестать смотреть на клетки по одной.
Это трудно. Это хаотично. Но необходимо. Один нейрон не общается только с одним другим нейроном. Каждый нейрон соединяется с примерно 10 000 других через своё дендритное дерево. Он видит всю сеть целиком.
Так же должны видеть и мы.
