Мозг: прошлое и будущее. Что делает нас теми, кто мы есть

Самое изученное и, пожалуй, самое влиятельное из наших чувств – зрение. Исследователи зрения десятилетиями изучали, как свет, попадающий на светочувствительную часть глаза – сетчатку, распознается фоторецепторными клетками (так называемыми палочками и колбочками) и как эта информация перерабатывается в нервные импульсы (потенциалы действия), которые переправляются в мозг по зрительному нерву. Нейрофизиолог Хорес Барлоу в 70-е годы прошлого века занялся измерением электрических сигналов от нейронов роговицы, которые отвечают за вывод информации, так называемых ганглиозных клеток

, и обнаружил, что каждый отдельный квант света – каждый фотон – порождает в среднем от одного до трех потенциалов действия[310]. Оказалось, что некоторые ганглиозные клетки даже в полной темноте «выстреливают» потенциалами действия до 20 раз в секунду; в сущности, эта деятельность – системный шум, но он все равно забивает ящик входящей почты в мозге.

Профессор Калифорнийского технологического института Маркус Мейстер придумал, как проанализировать первые этапы зрения. Для этого он изолировал образцы живой сетчатки животных и растянул их, будто простынки, на подложках из записывающих электродов, что позволяло одновременно регистрировать сигналы десятков ганглиозных клеток[311]

. Благодаря этому методу Мейстер и другие нейрофизиологи пронаблюдали, как быстро сетчатка адаптируется к сильным изменениям яркости и контраста изображения, чтобы поток зрительной информации в мозг ни на миг не притормаживался. В ходе одного исследования ученые установили, что общий объем передачи данных от человеческого глаза к мозгу примерно равен передаче данных при подключении компьютера к Интернету – это около мегабайта входящих зрительных данных (четыре миллиона импульсов действия) в секунду по нервным проводам, сформированным аксонами миллиона ганглиозных клеток по всей сетчатке[312].

Остальные органы чувств также служат богатым источником входных данных для мозга. Кортиев орган

внутреннего уха преобразует звуковые волны в нервные импульсы – это слуховой эквивалент сетчатки. Большинство слуховых нейронов из кортиева органа выстреливают потенциалами действия с частотой свыше 50 в секунду даже при низком уровне шума[313]. Поскольку слуховых нейронов у человека по 30 тысяч на ухо, общее количество потенциалов действия, доходящих в мозг от ушей в секунду, достигает нескольких миллионов. Огромный объем входящих данных поступает и от самого большого органа чувств в организме – от кожи. Нормальная кожа содержит четыре типа клеток-рецепторов давления и прикосновения, два типа тепловых и два типа болевых рецепторов. Большинство рецепторов напрямую связаны со спинным мозгом и синапсами – с нейронами, которые передают их данные оттуда в головной мозг. Некоторые осязательные рецепторы достигают плотности более двух тысяч на квадратный сантиметр, на одной только кисти руки таких клеток 17 тысяч[314]

. Особые типы кожи – поверхность языка и слизистая оболочка носа, где содержатся соответственно рецепторы вкуса и запаха. Обонятельные нейроны значительно многочисленнее, этих клеток, связывающих нос и мозг, свыше 10 миллионов[315]. А следовательно, несмотря на то что средняя частота испускания импульсов действия у них довольно низка – около трех спайков в секунду, в совокупности эти клетки передают в мозг больше электрических импульсов, чем глаза или уши[316].

Итак, мы видим, что объем сенсорной информации, стекающейся в мозг, состоит из десятков миллионов потенциалов действия в секунду, что показывает, что у нашего мозга с окружением постоянная теснейшая связь. Чтобы оценить ее масштабы, вспомним, что объем входных данных от одного глаза в мозг сопоставим с объемом данных, передаваемых при активном интернет-соединении. Если так, то совокупный вклад всех органов чувств, вероятно, превосходит по объему 10 стандартных интернет-соединений, поскольку в секунду по миллионам нервных волокон передается около 10 мегабайт данных. Если направить столько данных в обычный современный домашний компьютер, он может и не справиться с подобной нагрузкой – иногда хакеры прибегают к этому методу, чтобы перегрузить интернет-сайты, и такая атака называется «отказ в обслуживании»[317]. То есть наше сенсорное окружение, похоже, проводит непрерывную атаку «отказ в обслуживании» на наш мозг.