Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

…освоить бескрайний мозговой лес… Вероятно, эту метафору впервые использовал Кахаль: он описывал мозг как «джунгли, в чьей непроходимой чаще заблудилось так много первопроходцев» (Ramón Cajal, 1989).

…она также играет роль в развитии болезни Хантингтона… Utter, Basso, 2008.

…имеет очень важное значение для функционирования мозга… Повинюсь: в этой книге я выступаю как отъявленный кортикальный шовинист. Для простоты картины я говорю о локализации умственно-психических функций в пределах кортикальных областей, но такой подход, вероятно, наивен. У каждой из зон мозга есть свои поклонники, которые могут отлично объяснить, почему их участок невероятно важен, даже если он меньше коры по размерам. Фанаты базальных ядер построили карты их связей с корой головного мозга и таламусом, чтобы понять, как эти зоны мозга взаимодействуют в ходе выполнения умственно-психических функций (Middleton, Strick, 2000).

…каждая полоска представляет один класс… Masland, 2001. На иллюстрации отражена классификация нейронов, применимая для сетчатки глаза обобщенного млекопитающего. Некоторые более крупные типы нейронов на ней не показаны. Я использовал термины «класс» и «тип» для разграничения двух таксономических уровней, но мое использование этих терминов никоим образом не является стандартным для нейронауки. Классифицируя флору и фауну, биологи пользуются официальными терминами «вид», «род», «семейство», «отряд» и т. п. Такую же схему не помешает применять и при классификации нейронов.

…могут различить в ней шесть слоев. Согласно общепринятой концепции, основная часть коры состоит из шести слоев и называется неокортексом или изокортексом. Приставка «нео-» дает отсылку к эволюционной теории, предполагающей, что шестислойная кора – самое новое образование в мозгу. Те, кто не верит в эту теорию, предпочитают использовать приставку «изо-», подчеркивающую, что все фрагменты шестислойной коры выглядят похоже. У других частей коры головного мозга число слоев иное (меньше или больше шести). В совокупности все эти части именуются аллокортексом. Яркий пример такой части – гиппокамп.

…в каждом участке мозга в пределах одного поля расположение и количество слоев одинаково… Распределение тел клеток по слоям именуют цитоархитектурой, «цито-» как раз и означает «клетка».

Оскар и Сесиль Фогт. Zilles, Amunts, 2010. Они помечали вещество под названием миелин, жирное соединение, укутывающее собой многие аксоны. В итоге они сумели разглядеть миелоархитектуру (а не цитоархитектуру, которую изучал Бродман).

…сэр Грэфтон Смит… Смит был интересным человеком, он занимался одновременно нейроанатомией и археологией, в частности изучал мозг египетских мумий с помощью рентгеновских лучей.

Персиваль Бейли и Герхардт фон Бонин. Они использовали двойной слепой метод^[23] в попытке разобраться, можно ли надежным образом разграничить кортикальные области, основываясь на цитоархитектуре. Результат оказался по большей части отрицательным (Bailey, von Bonin, 1951).

…в одной только коре головного мозга содержатся нейроны сотен типов. Stevens, 1998.

Нейробиологи продолжают вести споры об их возможной классификации. Nelson, Sugino, Hempel, 2006.

Через них проходит великое множество «проводов», соединяющих между собой нейроны… Следует пояснить мою идею. Возможно, имеет смысл рассматривать борозды коры как ее «суставы и сочленения». Нейроны по обеим сторонам борозды соединены между собой более длинными аксонами, чем нейроны, находящиеся в пределах одной извилины. Согласно принципу экономии проводов, противоположные стороны борозды должны соединяться как можно меньшим их количеством, и рассечение по борозде будет подобно разрезанию по суставам. Поэтому вполне оправданна практика МРТ-исследователей, мысленно привязывающих кортикальные области к тем или иным бороздам, поскольку они не могут увидеть распределение слоев, на которое опирался Бродман.

В отличие от птичьей тушки коннектомы можно рассекать более абстрактно… Если мы хотим сохранить сократовскую метафору, можно придумать классификацию, основанную на разрезах, которые осуществляются не в трехмерном, а в многомерном пространстве.

…на сто с лишним типов. White et al., 1986.

Сведем все нейроны одного типа в единый узел. Там же.

Связи имеют непосредственное отношение к функциям… Важно также определять нейронные типы по молекулярным критериям – например, по экспрессии определенного гена или генов (Nelson, Sugino и Hempel (2006). Отличный пример, связанный с сетчаткой глаза, приводят Ким и др. (2008). Такая молекулярная дефиниция полезна для контроля распределения и относительного содержания нейронных типов и для того, чтобы лучше понять, как эти нейронные типы возникают в ходе развития организма. Как я уже говорил, нейроны одного типа должны выполнять одни и те же функции, измерение их импульсов это демонстрирует. А следовательно, можно ожидать, что три этих определения нейронных типов (основанные на свойствах молекул, на схеме связей и на активности) в идеальном случае должны совпасть друг с другом. Эти три определения как бы параллельны трем значениям термина «нейрон», разграниченным Гольджи в его нобелевской лекции. Он подчеркнул, что нейрон должен являться эмбриологической, анатомической и функциональной единицей, а затем уж перешел к вопросам его сущности.

Слой 4 поля 17… Аксоны, достигающие слоя 4 поля 17, идут от нейронов латерального коленчатого тела, которое, в свою очередь, получает аксоны от сетчатки. Напомню, ЛКТ – часть таламуса, отвечающая (наряду с другими участками мозга) за зрение. Как правило, сенсорные нервные пути идут в неокортекс через аксоны таламуса, оканчивающиеся в слое 4. В тексте мы обращаем главное внимание на связи между полями, но различия в распределении и строении слоев служат и отражением межнейронных связей в одной и той же кортикальной области, поскольку существуют правила связывания, основанные на распределении слоев. Например, возбуждающие нейроны в слое 4 образуют синапсы с пирамидальными нейронами в слоях 2 и 3, а эти пирамидальные нейроны, в свою очередь, создают синапсы с пирамидальными нейронами в слое 5. Следовательно, когда меняется толщина и плотность слоев, схема связей тоже, вероятно, меняется.

…область 17 имеет более толстый слой 4… Более того, схема связей содержит больше информации, чем распределение слоев. Бродман и его коллеги спорили по поводу создававшихся ими карт коры именно из-за того, что различия в распределении и строении слоев трудноуловимы. Как мы уже видели, кортикальные слои вообще нелегко различить, не говоря уж об их изменениях и вариациях. По моим предсказаниям, различия в схемах связей окажутся куда более четкими.