Путеводный нейрон. Как наш мозг решает пространственные задачи

Основываясь на данных о последовательности возбуждения нейронов места в гиппокампе, когда животное останавливается у развилки, исследователи недавно научились успешно предсказывать – по крайней мере, в некоторых случаях, – куда повернет крыса в лабиринте[125]. «Мы заглядываем в мозг животного и говорим: “Ага, вот что теперь оно будет делать”, – рассказывает Фрейя Олафсдоттир с кафедры клеточной и эволюционной биологии Университетского колледжа Лондона. – Это немного пугает».

Мы не можем точно сказать, как реагирует на перемещение в пространстве мозг человека: люди, по очевидным причинам, не склонны вживлять электроды себе в голову. Однако ученые могут измерять активность мозга иначе, используя метод сканирования под названием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В данном случае регистрируются не паттерны возбуждения отдельных нейронов, а изменение кровотока, происходящее по причине их возбуждения: оно служит довольно надежным показателем их активности. Аппараты фМРТ весят несколько тонн и требуют, чтобы испытуемый неподвижно лежал на спине внутри сканера, совершать «навигацию» там можно с помощью виртуальной реальности, имитирующей движения, – несмотря на отсутствие чувства движения и сигналов от вестибулярного аппарата, видеороликам довольно хорошо удается убедить мозг.

Технология фМРТ помогает исследователям понять, что происходит в нашем мозге, когда мы строим путь к месту назначения – например, идем из дома в магазин или с работы в банк. Хьюго Спирс, заведующий Лабораторией пространственного восприятия в Университетском колледже Лондона, посвятил поискам ответа на этот вопрос большую часть своей научной карьеры. Недавно он разработал видеоигру, в которой участникам нужно проложить путь через лабиринт узких улиц и переулков лондонского Сохо – своего рода эквивалент лабиринта, в который запускают крыс. Сначала он проводит с испытуемыми прогулку по этому району, чтобы они познакомились с расположением улиц и разных магазинов, ресторанов и других ориентиров. Затем участник эксперимента ложится в сканер фМРТ, и ему показывают ряд видео с путешествиями по улицам Сохо. Путешествия интерактивны: нужно найти кратчайший путь к цели, а на перекрестках решать, куда свернуть. И еще Спирс, усложняя задачу, порой менял место назначения в середине пути и заставлял испытуемых на ходу вырабатывать новую стратегию.

Как и предполагали Спирс и его коллеги, сама навигация и размышления о ней вызывают активизацию нейронов в гиппокампе и энторинальной коре. Но степень возбуждения и его локализация зависят от типа навигационной задачи, которую решает мозг. Энторинальная кора по большей части озабочена тем, насколько далеко человек находится от пункта назначения: если это расстояние (по прямой) меняется, как в том случае, когда Спирс неожиданно менял цель, то в последовательности возбуждения наблюдается сильный всплеск. Гиппокамп, напротив, больше заинтересован в анализе точного маршрута, которым следует испытуемый: чем длиннее и сложнее маршрут, тем активнее эта область мозга[126]. Гиппокамп занят подробностями навигации: в этом эксперименте он был особенно чувствителен к связности уличной сети – наибольшая активность наблюдалась на улицах с максимальным количеством перекрестков, как будто гиппокамп просчитывал разные варианты, чтобы найти кратчайший путь к цели

[127].

Что говорят нам полученные результаты о поведении нейронов в этих отделах мозга? Наилучшее объяснение заключается в том, что активность гиппокампа людей, как и гиппокампа крыс, обусловлена нейронами места, которые составляют карту местности при движении, а активность энторинальной коры обусловлена нейронами решетки, которые регистрируют расстояния и углы. Напрашивается вывод, что наши когнитивные карты, а также способность помнить о том, где мы были, необходимы для того, чтобы мы попали туда, куда хотим[128]

. Чтобы удостовериться в том, что гиппокамп и энторинальная кора возбуждаются не просто от восприятия движения или от суеты Сохо, часть видеороликов представляли собой «контрольные» прогулки без всякой цели – на перекрестках участникам эксперимента говорили, куда сворачивать. Во время этих пассивных прогулок оба отдела мозга были менее активными. То же самое происходит, когда мы пользуемся приборами спутниковой навигации. И возникает закономерный вопрос: чем заняты гиппокамп и энторинальная кора, когда мы следуем за синей точкой на экране? Судя по данным Спирса, ничем.