Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Как мы видели в главе 4, гиппокамп содержит нейроны места, то есть клетки, которые срабатывают, когда животное находится (или считает, что находится) в определенной точке пространства. В гиппокампе имеется множество нейронов, кодирующих место, при этом все они реагируют на разные локации. Записав активность достаточного их количества, вы обнаружите, что они охватывают все пространство, в котором движется животное. Когда крыса бежит по коридору, одни нейроны срабатывают у входа, другие – в середине, третьи – ближе к концу. Таким образом, путь, который проходит крыса, отражается в последовательном возбуждении цепочки клеток места: иначе говоря, движение в реальном пространстве превращается во временную последовательность в нейрональном пространстве.

Но вернемся к экспериментам Уилсона и Макнотона. Они обнаружили, что, когда крыса засыпает, клетки места в ее гиппокампе снова возбуждаются в том же самом порядке. Нейроны буквально воспроизводят траекторию, по которой двигалось животное во время бодрствования. Разница лишь в скорости: во время сна клетки могут срабатывать в двадцать раз быстрее. Когда крыса спит, ей снятся настоящие гонки!

Связь между возбуждением нейронов гиппокампа и местоположением животного настолько прочна, что нейробиологи могут расшифровать содержание сна по паттернам нейронной активности³²¹

. Во время бодрствования, когда животное бродит по реальному миру, соответствующая аппаратура систематически фиксирует его местоположение и мозговую активность. Эти данные позволяют обучить специальный декодер – компьютерную программу, которая меняет эту зависимость на противоположную и угадывает положение животного по паттерну возбуждения нейронов. Если ввести в декодер данные, полученные во время сна, мы увидим, что, пока животное дремлет, его мозг вычерчивает виртуальные траектории в пространстве.

Таким образом, мозг крысы на высокой скорости воспроизводит те паттерны активности, которые он пережил накануне. Каждая ночь оживляет в памяти минувший день. Что примечательно, реактивация нейронов не ограничивается гиппокампом, а распространяется на кору, где играет решающую роль в синаптической пластичности и консолидации памяти. Благодаря ночной реактивации любое событие нашей жизни, зафиксированное в эпизодической памяти всего один раз, может быть воспроизведено сотни раз в течение ночи (см. цветную иллюстрацию 19). Не исключено, что в подобном переносе воспоминаний и состоит основная функция сна³²². Возможно, гиппокамп специализируется на хранении событий прошедшего дня, используя правило быстрого научения с одной попытки. Ночная реактивация нейронных сигналов распространяет их на другие нейронные сети, главным образом расположенные в коре и способные извлекать максимум информации из каждого эпизода. Возьмем крысу, которая учится выполнять новую задачу: чем выше активность коркового нейрона ночью, тем больше его участие в выполнении задачи на следующий день

³²³. Вывод: реактивация клеток гиппокампа ведет к корковой автоматизации.

Наблюдается ли такое же явление у людей? Да. Нейровизуализационные исследования показывают, что во время сна нейронные сети, которые мы использовали в течение дня, реактивируются³²⁴

. После нескольких часов игры в Tetris спящие геймеры буквально галлюцинировали каскад геометрических фигур, а их глаза совершали соответствующие движения сверху вниз. В недавнем исследовании испытуемых укладывали спать в аппарат МРТ, но будили всякий раз, как только их электроэнцефалограмма показывала, что они видят сон. Непосредственно перед пробуждением аппаратура фиксировала самопроизвольную активацию многих участков их мозга. Записанная активность прогнозировала содержание сновидений. Если испытуемый сообщал, например, что видел во сне людей, ученые обнаруживали активность в области, связанной с распознаванием лиц. Другие эксперименты показали, что интенсивность этой реактивации – мощный предиктор не только содержания сновидения, но и степени консолидации памяти после пробуждения. Некоторые нейрохирурги зарегистрировали активность отдельных нейронов и обнаружили, что, как и у крыс, паттерны импульсов у человека копируют последовательность событий, пережитых в предыдущий день.