Новый Мир, 2000 №12

Известно, что мозг человека на 80 процентов загружен зрительной информацией. Взаимодействие квантов света с фоторецепторами (палочками и колбочками) сетчатки по принципу фотоэлемента дает на выходе электрические сигналы, частотой и амплитудой которых закодировано изображение. Распознавание «старых» и «новых» образов, разумеется, не происходит автоматически на сетчатке, и клетки самого глаза его не обеспечивают — они для этого слишком примитивно устроены. Поэтому глаз работает как современный электронный фотоаппарат или телекамера, передавая информацию «по кабелю» в первую «студию» — таламус (зрительный центр).

В начале 70-х годов XX века многим молекулярным биологам казалось, что расшифровка ДНК и законов генетического кода дает ключи к раскрытию алгоритма мозга как компьютера. Важно было грамотно сформулировать задачу и выбрать только одну машину мозга, чтобы расшифровать устройство и программу. В 1972 году две главных знаменитости в молекулярной биологии, Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер, пригласили работать в Кембридж «молодого гения» — Дэвида Марра. Этот молодой ученый сумел убедить лучших молекулярных генетиков, эмбриологов, физиологов и эволюционистов, что первым шагом на пути к тайнам мозга должны стать исследования, проясняющие механизмы зрения. Под влиянием Марра была создана первая международная программа, в которой было задействовано десять нобелевских лауреатов. К сожалению, это замечательное начинание через несколько лет осталось без лидера: Марр погиб в расцвете лет в 1980 году. Однако симпозиумы, посвященные его памяти, продолжаются и ныне. Марр, позднее Фрэнсис Крик предположили, что изображение с сетчатки глаза снимается и передается в таламус не как целая картинка, а как мозаика «пикселей» (минифрагментов) изображения. Молекулярные биологи ухватились за эту идею, потому что «пиксель» сетчатки выглядел похожим на один «ген» зрения. Комбинацией «пикселей» можно было бы объяснить передачу любого изображения от сетчатки в мозг. Крик пытался выяснить материальную подоплеку одного такого зрительного «пикселя» на «экране» таламуса и коры. Однако уровень его методики оказался недостаточным, чтобы получить однозначный ответ на этот вопрос. Через два года после Крика эта задача была блестяще решена Гарритом Стенли и его коллегами в Калифорнийском университете (Беркли, США). Ответ оказался неожиданным. Ученые пометили 177 нейронов таламуса бодрствующей кошки микроэлектродами для записи электрических импульсов на таламусе при передаче изображения от сетчатки и при закрытых глазах животного. Профиль электрической активности каждого из 177 нейронов таламуса естественным образом менялся в зависимости от картинки на сетчатке, то есть от того, что в данный момент видела кошка. Декодировка электрических сигналов проводилась компьютером по ранее составленной программе (одни сигналы кодируют контурную линию предмета, другие — цвет, третьи — глубину и текстуру изображения). Когда перекодированную информацию от всех нейронов суммировали и вывели на монитор, экспериментаторы увидели немного размытое изображение предметов на сетчатке глаза кошки! Этот эксперимент прямо подтвердил линейный перенос зрительной информации от клеток сетчатки к клеткам таламуса как бы с помощью многожильного кабеля, который содержит около 150 000 нейронов на 1 квадратный мм. Новорожденный ребенок имеет сформированную нервную сеть клеток в таламусе и после рождения немедленно учится ею пользоваться. У хорьков короткий внутриутробный период развития оставляет новорожденных с недоразвитой нервной сетью таламуса, зрительной и слуховой коры. Таламус является главным диспетчером, куда первично приходит и где интегрируется зрительная и слуховая информация. Если у новорожденных хорьков перерезать нервы, соединяющие таламус со слуховой корой, возникают удивительные метаморфозы. Зрительные нервы от таламуса первыми проникают в слуховую кору и реорганизуют устройство нервной сети под прием зрительной информации. Такие животные с перестроенным мозгом воспринимают зрительную информацию одновременно зрительной и слуховой корой больших полушарий. Эти замечательные опыты показали, что гены внутриутробного развития намечают лишь общие контуры устройства мозга, число клеток в разных отделах мозга. Однако главные «дирижеры» сборки разных функциональных сетей для зрения, слуха, обоняния — сигналы от органов чувств, то есть из внешнего мира. Огромная пластичность устройства мозга новорожденных детей позволяет маневрировать проектом окончательного устройства мозга в разных внешних условиях (иметь много разных машин для разнообразных функций или меньше машин, но с мощной программой).