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

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 правой руки по X-координате (черный цвет) по сравнению с предсказанным положением по X-координате (серый цвет) для случая пассивного наблюдения. Указан коэффициент корреляции Пирсона, r. C: Эффективность обезьян C и M квалифицировали по доле правильных результатов. Отдельно для обезьяны C показаны разные параметры модели (светло-серый и темно-серый цвет), а также сеансы, во время которых животные двигали виртуальной рукой только путем мозгового контроля (МК) без помощи рук (черный цвет, обе обезьяны). D

: Доля экспериментов, в которых и левая (серые кружки), и правая рука (черные кружки) достигали соответствующей цели под контролем мозга. Линейная корреляция для обучения во всех случаях, показанных на рисунках A и B. E — F: Доля правильных предсказаний локализации цели по алгоритму k-NN для правой (черный цвет) и левой руки (серый цвет) за время эксперимента при пассивном наблюдении (E

) и мозговом контроле без помощи рук (F) для обезьян C и M. (G: Средние показатели, рассчитанные по алгоритму k-NN, для доли правильных предсказаний в зависимости от числа задействованных нейронов в разных зонах коры для каждой обезьяны; как в E — F

.) Ifft P. et al. A Brain-Machine Interface Enables Bimanual Arm Movements in Monkeys. Science Translational Medicine 5, no. 210, November 2013: 210ra154.

Позднее, оглядываясь назад на эти наблюдения, я понял, что значительная доля нейронов первичной моторной и соматосенсорной коры могла проявлять физиологические свойства, соответствующие классическому определению зеркальных нейронов. На самом деле, возможно, именно в этом кроется объяснение способностей этих животных к обучению использованию интерфейса «мозг-машина» для перемещения суррогатных виртуальных конечностей. Любопытно, что с увеличением числа эпизодов пассивных наблюдений большее число нейронов в этих двух участках коры изменяли скорость возбуждения. Это позволяет выдвинуть очень интересную гипотезу (которая подробно не обсуждается в литературе по зеркальным нейронам) о том, что особые физиологические свойства этих нейронов могут приобретаться через обучение моторным навыкам просто в процессе наблюдения за движениями другого существа. Подтверждение этой гипотезы могло бы оказать огромное влияние на будущее нейрореабилитации, а также на другие прикладные аспекты концепции мозгосетей. Например, в социальной активности людей, когда требуется достичь высокого уровня коллективного перцептивно-моторного взаимодействия, как в командном спорте, тренировка в виртуальной среде может усилить активность зеркальных нейронов взаимодействующих игроков. Я легко представляю себе, как в результате вовлечения большого количества зеркальных нейронов игроки приобретают способность с точностью предугадывать двигательные намерения своих партнеров по команде, хотя никто из них не производит заметных действий. Подобная демонстрация, по сути, будет означать, что любая тренировка, усиливающая коллективную активность зеркальных нейронов игроков, способствует повышению коллективной двигательной результативности команды.