Мозг. Как он устроен и что с ним делать - Илья Мартынов

Помимо ядер, в мозге есть и так называемые слоистые, или стратифицированные, структуры. К ним относят кортикальные колонки.

Если мы с вами взглянем на мозг в разрезе, то увидим, что он более чем наполовину состоит из белого вещества (отростков клеток, покрытых жироподобной капсулой из миелина). Длинные отростки – это проводящие пути (аксоны). Они соединяют разные отделы головного мозга, а также отправляют команды в спинной.

Получается, что мозг – это бесконечные пучки проводов.

В 2009 году стартовал проект под названием «Коннектом человека» (Human Connectome Project). Коннектом – это описание всех связей в мозге. Именно на создание такого описания и направлен исследовательский проект.

Некоторые нейробиологи полагают, что, если это удастся, станет возможным скопировать сознание человека, поскольку именно в связях между клетками и заключена наша память. Образно говоря, мы есть то, что мы помним. Эта метафора, хоть и звучит упрощенно, близка к реальности. Но, как вы понимаете, построить стабильную структуру коннектома даже одного человека невозможно, потому что связи постоянно перестраиваются.

Рис. 15. Белое и серое вещество мозга

Но вполне реально проследить структуру крупных проводящих путей (они остаются относительно стабильными на протяжении жизни). На рис. 16 показан вариант визуализации такой структуры.

Рис. 16. Вариант визуализации связей в мозге (компьютерная модель)

Серое вещество сконцентрировано в крупных ядрах мозга и тонкой коре, распластавшейся по полушариям. Толщина коры больших полушарий всего около 3–4 мм. В сером веществе коры выделяют 6 слоев (90 % коры имеет такое строение): тела клеток чередуются со слоями отростков. Каждый нейрон с помощью синапсов связан с тысячами других клеток.

В 1957 году Вернон Маунткасл, анализируя ответы клеток в соматосенсорной коре, обнаружил, что, если погружать микроэлектрод перпендикулярно поверхности коры, все встречаемые им нейроны отвечают на раздражитель одной и той же модальности (то есть одного вида чувствительности – например, кожной вибрации). Но как только он погружал электрод под углом к поверхности, на его пути попадались нейроны с другой сенсорной модальностью.

Из этого Маунткасл сделал вывод о том, что в коре есть некие вертикально ориентированные модульные структуры. Он назвал их колонками. В каждой такой колонке обычно присутствует около 100 нервных клеток (разных размеров и форм).

В центре колонок, как правило, находятся крупные пирамидные нейроны. Они представляют собой остов (основу) колонки. Считается, что крупные пирамидные нейроны отвечают за реакцию колонки в целом.

Над ними располагаются более мелкие клетки с отростками. Они называются короной. Внутри нее связи как бы замыкаются, формируя своеобразную память колонки. По замкнутым цепям короны нервный импульс может долго циркулировать, раздражая остов до тех пор, пока к нейронам не поступят тормозные импульсы.

На самом деле модуль из 100 нейронов называют миниколонкой. В свою очередь миниколонки объединяются в более крупные гиперколонки (их еще называют просто колонками). И гиперколонка уже представляет целый кортикальный модуль, выполняющий определенную функцию.

Чем меньше колонка, тем более простую функцию она выполняет. Более того, внутри колонки работает правило: чем ниже уровень (слой), тем более простая информация обрабатывается.

Идущая в мозг информация через переключения в нижележащих глубинных структурах поступает в нижний слой коры. Здесь будут идентифицироваться самые простые свойства объектов: наклон линий, цвет, сила звука и так далее. Такая клетка может активно раздражаться, когда она видит линию или край, наклоненный под определенным углом. Этот край может быть частью любого объекта – клавиши пианино, стволом отдаленной сосны, стороной буквы «н».

Выше находятся нейроны, собирающие информацию от простых нейронов. Так происходит уточнение и обобщение получаемого сигнала внутри колонки. Но таким нейронам, например, важен не только контраст и наклон полоски, но и ее длина.

Информация, обработанная в нижнем слое, перемещается в вышележащий. При переходе от слоя к слою информация все больше обобщается. Часть ее отбрасывается. В конечном итоге наверху мы получаем целостный образ. Причем миниколонки объединяются в гиперколонки и за счет горизонтальных связей друг с другом обеспечивают еще более сложную комплексную обработку.

Давайте рассмотрим, как происходит восприятие зрительного образа.

В зрительной коре есть колонки, внутри которых находятся рецептивные (воспринимающие) поля нейронов. В сетчатке глаз есть палочки и колбочки со светочувствительными пигментами. Их можно считать рецепторами зрительной информации. Они собирают изображение по точкам. Рецептивное поле нейрона – это то, сколько рецепторов сетчатки отправляют сигнал.

Рис. 17. Миниколонки, реагирующие на линии (полоски) определенной ориентации

Давайте вообразим, что мы смотрим на треугольный объект. В первичных областях зрительной коры найдется миниколонка, в которой нейрон среагирует на горизонтальную линию. В другой миниколонке нейрон откликнется на линию с наклоном под определенным углом. И так они вместе определят элементы треугольника. Схематично это показано на рис. 17. На самом деле нейроны в этих миниколонках будут различать не саму линию как таковую, а ее границу (за счет изменения контраста, теней и так далее). А вот целостную форму объекта и какие-то узоры (дополнительные линии, разные цвета, сложный объем и так далее) нейроны смогут «увидеть» только во вторичной области зрительной коры.

Во вторичных областях коры мы уже не встретим клеток, реагирующих на элементарные признаки (такие как граница или наклон линии). Здесь в колонках находятся нейроны, раздражающиеся только в ответ на определенный сложный комплекс стимулов. Известно, что в нижней височной доле существуют нейроны, которые активируются только при зрительном восприятии человеческого лица. Причем есть современные данные, указывающие на то, что это врожденная функция. Вероятно, именно поэтому на картинах, фотографиях и рекламных плакатах нас привлекают именно лица.

В свою очередь в третичных (ассоциативных) областях коры миниколонки, собираясь в модули, получают информацию от вторичных зон разных сенсорных систем. Здесь «смешиваются» зрение, обоняние, слух, осязание, вкус. При участии подкорковых структур мозга в ассоциативных областях формируется полноценное комплексное восприятие окружающего мира. Также здесь репрезентируются наши воспоминания. Они как бы собираются из элементов (представляются нам заново), поэтому мы и используем термин «репрезентируются». Формируется образ.