2. Neuralink Илона Маска. Часть вторая: мозг

Илон Маск известен всему миру. Это он решил вывести человечество в космос, колонизировать Марс, отказаться от одноразовых ракет. Это он решил сделать мир чище, пересадив нас с автомобилей с ДВС на самоуправляемые автомобили. Пока разворачиваются эти предприятия, он не сидит сложа руки. Он задумал Neuralink, который поможет нам стать новыми людьми. Без границ и без слабостей, как и положено в новом мире (Илона Маска). Документировать сумасшедшие идеи Маска, как и всегда, вызвался Тим Урбан с WaitButWhy (он писал про искусственный интеллект, колонизацию Марса и SpaceX). Представляем одно из лучших произведений современной научно-популярной журналистики. Далее от первого лица.

Часть 1: Колосс Человеческий

Эта статья напомнила мне, почему я люблю работать с мозгом, который выглядит милым и чистым, как этот:

Потому что настоящий мозг очень неприятный и грустный на вид. Люди грубоваты.

Но весь последний месяц я провел на дне мерцающего, залитого кровью раздела изображений Google, и теперь вам придется тоже с ним ознакомиться. Поэтому расслабьтесь.

Теперь давайте зайдем издалека. В биологии есть такой момент — она иногда заставляет задуматься, и мозг тоже порой заставляет по самое не хочу. Первое — это ситуация с матрешкой в вашей голове.

Под вашими волосами кожа, а под ней — вы думали череп? — нет, там 19 пунктов, а потом только череп. Затем идет череп и еще целый букет штучек, которые ждут на пути к мозгу.

Под черепом и над мозгом имеется три мембраны.

Снаружи твердая мозговая оболочка (dura mater по-латыни), прочный, грубый, водонепроницаемый слой. Он находится заподлицо с черепом. Я слышал, что у мозга нет болечувствительной области, но у твердой мозговой оболочки она есть — примерно такая же чувствительная, как и кожа на вашем лице. И давление на dura mater во время контузии часто является причиной сильных головных болей.

Ниже идет arachnoid mater, паутинная, или арахноидальная мозговая оболочка, которая представляет собой слой кожи и тут же открытое пространство с эластичными волокнами. Я всегда думал, что мой мозг просто бесцельно плавает в моей голове в какой-то жидкости, но на самом деле единственный реальный пробел между мозгом и внутренней стенкой черепа — это паутинная мозговая оболочка. Эти волокна стабилизируют мозг в положении, чтобы он не сильно двигался, и выступают амортизатором, когда ваша голова обо что-то бьется. Эта область заполнена спинномозговой жидкостью, которая удерживает мозг как бы на плаву, потому что его плотность аналогична плотности воды.

Наконец, идет pia mater, мягкая мозговая оболочка — тонкий, деликатный слой кожи, который сливается с внешней частью мозга. Помните, когда смотришь на мозг, он всегда покрыт кровяными сосудами? Так вот они находятся не на поверхности мозга, они как бы заключены в pia mater.

Вот полный обзор на примере головы, кажется, свиньи.

Слева вы видите кожу (розовую), затем два слоя скальпа, затем череп, затем твердую мозговую оболочку, арахноид, а справа мозг, покрытый только мягкой оболочкой.

Как только мы снимаем все лишнее, мы остаемся тет-а-тет с этим глупым мальчишкой.

Эта странная на вид штука — один из самых сложных известных объектов во Вселенной — килограмм, как говорит нейроинженер Тим Хансон, «одного из самых информационно плотных, структурных и самоорганизованных веществ среди всех известных». Все это работает при помощи всего 20 Вт энергии (компьютер эквивалентной мощности кушает 24 000 000 Вт).

Профессор Массачусетского технологического института Полина Аникеева называет его «мягким пудингом, который можно соскребать ложкой». Мозговой хирург Бен Рапопорт описал его более научно: что-то среднее между пудингом и желе. Он говорит, что если положить мозг на стол, под действием гравитации он расплывется как медуза. Сложно представить мозг такой размазней, потому что обычно он плавает в воде.

Но ведь в этом все мы. Ты смотришь в зеркало, видишь свое тело и свое лицо и думаешь, что это ты, но на самом деле это лишь машина, которой ты управляешь. По сути, ты — это странный на вид желеобразный шар. Как тебе такая аналогия?

Учитывая странность всего этого, не стоит винить Аристотеля или древних египтян, а также многих других за то, что они считали мозг бессмысленной черепной начинкой. Аристотель считал, что сердце было центром разума.

В конце концов, люди выяснили, что к чему. Но не сполна.

Профессор Кришна Шеной сравнивает наше понимание мозга с тем, как человечество представляло карту мира в начале 1500-х годов.

Другой профессор, Джефф Лихтман, еще жестче. Он начинает свои занятия с вопроса, адресованного студентам: «Если все, что вам нужно знать о мозге, это миля, как далеко мы прошли по этой миле?». Он говорит, что студенты обычно отвечают «три четверти», «полмили», «четверть мили» и т. п. Но реальный ответ, по его мнению, «около трех дюймов».

Третий профессор, нейробиолог Моран Серф, поделился со мной старой пословицей нейробиологов, из которой следует, что попытка понять мозг представляет собой уловку-22: «Если бы человеческий мозг был настолько прост, что мы смогли бы его понять, мы были бы настолько простыми, что не смогли бы [его понять]».

Возможно, при помощи большой башни знаний, которую выстраивает наш вид, мы в определенный момент к этому придем. Пока же давайте рассмотрим, что мы знаем о медузе в наших головах, начиная с общей картины.

Мозг издалека

Давайте посмотрим на крупные разделы мозга, используя полусферное поперечное сечение. Вот так выглядит мозг в вашей голове:

Теперь давайте вынем мозг из головы и удалим левое полушарие, которое обеспечит нам лучший вид внутри.

Невролог Пол Маклин сделал простую диаграмму, которая иллюстрирует базовую идею, которую мы обсуждали ранее, затрагивая тему мозга рептилий в процессе революции, последующую надстройку мозга млекопитающих и, наконец, наш собственный третий мозг.

В виде такой карты это накладывается на наш реальный мозг:

Давайте посмотрим на каждую секцию:

Ствол мозга (и мозжечок)

Это самая древняя часть нашего мозга.

Это секция нашего мозгового сечения выше того, где живет босс-лягушка. Фактически весь мозг лягушки подобен этой нижней части нашего мозга:

Когда вы понимаете функцию этих частей, тот факт, что они древние, имеет смысл — все, что делают эти части, могут делать лягушки и ящерицы. Вот крупнейшие секции:

Продолговатый мозг

Продолговатый мозг заботится о том, чтобы вы не умерли. Он выполняет неблагодарные задачи управления непроизвольными процессами, такими как частота сердечных сокращений, дыхание и кровяное давление, а также заставляет вас рвать, когда думает, что вас отравили.

Варолиев мост

Варолиев мост делает всего понемногу. Он отвечает за глотание, контроль мочевого пузыря, мимику, жевание, слюну, слезы и стул — короче, все подряд.

Средний мозг

У среднего мозга еще больший кризис личности, чем у варолиева моста. Вы понимаете, что у части мозга проблемы, когда почти все ее функции выполняются другой мозговой частью. В случае среднего мозга речь идет о зрении, слухе, моторике, бдительности, температурном контроле и множестве других вещей, которыми занимаются другие части мозга. Остальная часть головного мозга также не особо похожа на средний мозг, учитывая то, как смехотворно неравномерно сложились «передний мозг, средний мозг, задний мозг», словно намеренно изолируя средний мозг.

За что стоит отдельно благодарить варолиев мост и средний мозг, так это за то, что они контролируют добровольное движение глаз. Поэтому если вы сейчас двигаете глазами, то в мосту и среднем мозге протекают процессы.

Мозжечок

Эта странная на вид штука, похожая на мошонку вашего мозга, это мозжечок, или cerebellum, что с латыни «маленький мозг». Он отвечает за равновесие, координацию и нормальные движения.

Лимбическая система

Над стволом мозга находится лимбическая система — часть мозга, которая делает людей просто невероятными.

Лимбическая система — это система выживания. Важная часть ее работы заключается в том, что всякий раз, когда вы делаете то же, что может делать ваша собака — есть, пить, заниматься сексом, драться, прятаться или убегать от чего-то страшного — за рулем находится лимбическая система. Хочешь ты этого или нет, но когда делаешь что-то из вышеперечисленного, ты находишься в примитивном режиме выживания.

В лимбической системе также живут твои эмоции, и на всякий случай эмоции тоже отвечают за выживание — это более продвинутые механизмы выживания, необходимые животным, живущим в сложной социальной структуре.

Всякий раз, когда где-то в вашей голове разворачивается внутренняя борьба, стоит благодарить вашу лимбическую систему за то, что она делает что-то, о чем вы позже пожалеете.

Я почти уверен, что контроль над вашей лимбической системой — это и определение зрелости, и основная человеческая борьба. Не то чтобы нам было лучше без лимбических систем — они делают нас людьми, в конце концов, и большая часть жизненного кайфа связана с эмоциями и удовлетворением животных потребностей. Просто ваша лимбическая система не учитывает, что вы живете в цивилизованном обществе, и если предоставить ей слишком большие полномочия в управлении вашей жизнью, она быстро ее разрушит.

В любом случае давайте рассмотрим ее подробнее. Есть много маленьких частей лимбической системы, но мы уделим внимание самым знаменитым.

Миндалина

Миндалина — это своего рода эмоциональное расстройство структуры мозга. Она отвечает за беспокойство, грусть и чувство страха. Есть две миндалины, и что странно, у левой настроение получше — иногда она производит счастливое чувство в дополнение к неприятным. Вторая же всегда в плохом настроении.

Гиппокамп

Ваш гиппокамп (от греческого — «морской конек», потому что на вид такой же) — это чертежная доска для памяти. Когда крысы начинают запоминать направления в лабиринте, воспоминания кодируются в их гиппокампе — буквально. Разные части двух гиппокампов крыс будут активироваться в разных частях лабиринта, потому что каждая секция лабиринта хранится в отведенной ей части гиппокампа. Но если после запоминания одного лабиринта крысе дадут другую задачу и вернут в оригинальный лабиринт через год, она его едва вспомнит, потому что чертежная доска гиппокампа будет стерта, дабы освободилось место под новую память.

История в фильме Memento вполне реальна — антероградная амнезия — и вызвана повреждением гиппокампа. Альцгеймер тоже начинается в гиппокампе, прежде чем проложить себе путь через другие части мозга, поэтому из-за множества разрушительных последствий болезни проблемы с памятью появляются первыми.

Таламус

В своем центральном положении мозга таламус также служит сенсорным посредником, который получает информацию от ваших органов чувств и отправляет в кору мозга для обработки. Когда вы спите, таламус спит вместе с вами, а значит, сенсорный посредник не работает. Поэтому в состоянии глубокого сна звук, свет или касание могут и не разбудить вас. Если вы хотите растолкать кого-то, кто спит глубоким сном, вам придется постараться достучаться до таламуса.

Исключением является ваше обоняние, которое является единственным ощущением, которое обходит таламус. Поэтому пахучие соли используют для пробуждения обгоревшего человека. И раз уж мы здесь, вот вам клевый факт: обоняние является функцией обонятельной луковицы и является самым древним чувством. В отличие от других чувств, обоняние коренится глубоко в лимбической системе, где работает в тесном контакте с миндалиной и гиппокампом, и именно поэтому запах так тесно связан с памятью и эмоциями.

Кора

Наконец, мы прибыли в кору, кортекс. Кора головного мозга. Неокортекс. Церебрум. Паллиум.

Самая важная часть всего мозга не может определиться с названием. И вот почему:

Почему это вообще называется «отступлением»

Кора головного мозга — это одна большая внешняя часть мозга, которая технически включает некоторые внутренние части.

Словом cortex называют внешние слои многих органов, не только мозга. За пределами мозжечка находится мозжечковая кора. За пределами головного мозга — кора головного мозга. Последняя имеется только у млекопитающих. Эквивалентная часть мозга у рептилий называется pallium.

Неокортексом часто называют «кору головного мозга», но технически это ее внешние слои, которые особенно развиты у более развитых животных. Другие части также называют аллокортексом.

Мы будем в основном иметь в виду неокортекс, но назовем его просто кортексом или корой, чтобы всем было понятно и привычно (и коротко). Просто запомните, что кортекс — это кора головного мозга в нашей статье.

Кортекс отвечает практически за все — обрабатывает то, что вы видите, слышите и чувствуете, наряду с языком, движением, мышлением, планированием и личностью.

Он разделен на четыре доли:

Не очень приятно описывать, что делает каждая из них, потому что каждая из них делает очень многое. Но если упростить:

Лобная доля управляет вашей индивидуальностью, наряду с тем, что мы считаем «мышлением» — соображение, планирование, исполнительность. В частности, котелок варит больше всего в передней части лобной доли, в префронтальной коре. Префронтальная кора — это еще один персонаж во внутренних баталиях вашей жизни. Рационалист внутри вас заставляет вас работать. Внутренний голос пытается убедить вас, чтобы вы перестали волноваться о том, что думают о вас окружающие, и просто были самим собой. Высшая сила, которая хочет, чтобы вы перестали потеть.

При этом лобная доля отвечает за движение вашего тела. Верхняя полоса лобной доли — это ваша первичная моторная кора.

Среди прочих функций, теменная доля контролирует ваше осязание, особенно в первичной соматосенсорной коре, полосе рядом с первичной моторной корой.

Моторная и соматосенсорные коры находятся рядом друг с другом и хорошо изучены. Нейробиологи точно знают, какая часть каждой полосы соединяется с каждой частью вашего тела. Что и приводит нас к самой жуткой диаграмме этой статьи: гомункулу.

Гомункул, созданный нейрохирургом Уайлдером Пенфилдом, визуально отображает карту моторной и соматосенсорной коры. Чем больше изображение части тела на диаграмме, тем больше коры посвящено ее движению или осязанию. Несколько интересных фактов на эту тему:

Во-первых, удивительно, что движению и ощущениям вашего лица и рук посвящено больше мозга, чем остальной части тела, вместо взятой. Впрочем, в этом есть смысл: вам нужно делать невероятно подробное выражение лица, а руки должны быть очень ловкими, в то время как остальные части — плечи, колени, спина — могут быть намного грубее. Не зря же люди играют на пианино пальцами рук, а не ног.

Во-вторых, примечательно, насколько похожи две этих коры на то, с чем они связаны.

Наконец, я набрел на эту хрень и теперь с этим живу — поэтому и вы тоже. Трехмерный человек-гомункул.

Поехали дальше.

Височная доля (темпоральная) — это там, где живет ваша память, а поскольку она находится рядом с вашими ушами, то в ней также гнездится слуховая кора.

Наконец, в задней части вашей головы имеется затылочная доля, которая почти целиком посвящена зрению.

Долгое время я думал, что эти крупные доли были целыми кусками мозга — например, сегментами общей трехмерной структуры. Но на самом деле кора — это всего лишь два внешних миллиметра мозга, а мясо под ней — это просто проводка.

Почему мозги такие морщинистые

Как мы обсудили, эволюция нашего мозга двигалась изнутри, добавлялись новые прикольные штуки поверх существующей модели. Но строительство изнутри имеет свои минусы, потому что потребность человека появляться на свет через влагалище накладывает ограничение на размер головы.

Поэтому эволюции пришлось ухитриться. Поскольку кора очень тонкая, она масштабируется с увеличением площади поверхности — то есть, если создавать много складок (то есть обе стороны укладываются в пространство между двумя полушариями), можно утроить область поверхности мозга, не увеличивая сильно в объеме. Когда мозг только-только появляется в утробе, он гладкий — складки образуются в последние два месяца беременности.

Если извлечь кору из мозга, можно расстелить 2-миллиметровый квадратный лист мозга площадью 48 х 48 сантиметров. Салфетка для ужина.

Эта салфетка — место, где происходит большинство действий в вашем мозгу, — именно поэтому вы можете думать, двигаться, чувствовать, видеть, слышать, помнить, говорить и понимать язык. Шикарная салфетка, как ни крути.

И помните, что вы желейный шар? Когда вы пытаетесь себя осознать, все это происходит в коре. То есть вы не желейный шар, вы — салфетка.

Магия складок в увеличении размера салфетки очевидна, когда мы помещаем остальной мозг поверх нашей снятой коры.

Так что, хоть и не идеально, современная наука приобрела определенное понимание общей картины, когда речь заходит о мозге. В принципе, мы неплохо понимаем и меньшую картину. Давайте проверим?

Мозг вблизи

Итак, хотя мы давно выяснили, что мозг стал хранилищем нашего интеллекта, только недавно наука выяснила, из чего на самом деле состоит мозг. Ученые знали, что его тело состоит из клеток, но в конце 19 века итальянский физик Камилло Гольджи выяснил, как можно применить окрашивание, чтобы увидеть, как на самом деле выглядят клетки мозга. Результат удивил:

На клетки это не было похоже. Гольджи открыл нейрон.

Ученые быстро поняли, что нейрон являет собой основную единицу обширной коммуникационной сети, которая составляет мозг и нервную систему практически всех животных.

Но только в 1950-х годах ученые выяснили, как нейроны коммуницируют между собой.

Аксон, длинный отросток нейрона, который несет информацию, имеет микроскопический диаметр — слишком маленький для изучения. Но в 1930-х годах английский зоолог Дж. З. Юнг выяснил, что кальмары могут перевернуть наше представление о мозге, потому что у кальмаров невероятно большие аксоны в телах и над ними можно проводить эксперименты. Через несколько десятилетий, используя большой аксон кальмара, ученые Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли определенно выяснили, как нейроны передают информацию: потенциал действия. Вот как это работает.

Прежде всего, существует много различных видов нейронов:

Для простоты мы обсудим простой, обычный нейрон — пирамидальную клетку, подобную той, что можно найти в моторной коре. Чтобы сделать диаграмму нейрона, начнем с парня:

И дадим ему несколько лишних ног, чуток волос, отнимем руки и вытянем его — вот и нейрон.

Добавим еще нейронов.

Вместо того чтобы вдаваться в полное подробное объяснение того, как работают потенциалы действия — и привлекать много ненужное и неинтересной технической информации, с которой вы уже сталкивались на уроках биологии в 9 классе — сразу перейдем к основным идеям, которые нам помогут.

Ствол тела нашего парня — аксон нейрона — имеет отрицательный «потенциал покоя», то есть, когда он в покое, его электрический заряд слегка отрицателен. Несколько человек ногами постоянно трогают волосы нашего парня, дендриты нейрона, нравится это ему или нет. Их ноги сбрасывают химические вещества на его волосы — нейротрансмиттеры — которые проходят через его голову (тело клетки, или сома) и, в зависимости от химического вещества, повышают или понижают заряд его тела. Это не очень приятно для нашего нейрона, но терпимо — и ничего больше не происходит.

Но если его волос коснется достаточное количество химических веществ, чтобы поднять его заряд, «пороговый потенциал» нейрона, тогда это вызовет потенциал действия и нашего чувачка прошибет током.

Это двойственная ситуация — либо с нашим парнем ничего не происходит, либо его полностью пробивает током. Он не может быть немножко под напряжением или слишком под напряжением — либо он под ним, либо нет, и всегда в определенной степени.

Когда это происходит, импульс электричества (в виде кратковременного разворота нормального заряда его тела с отрицательного на положительный, а затем быстрого возврата к нормальному отрицательному) проходит через его тело (аксон) в его ноги — терминали аксона нейрона — которые сами касаются волос других людей (точки соприкосновения называются синапсами). Когда потенциал действия достигает его ног, он заставляет их выделять химические вещества на волосы людей, которых они касаются, что либо приводит, либо не приводит к тому, что эти людей бьет током, как и его самого.

Вот так обычно информация движется через нервную систему — химическая информация, посылаемая в крошечном пробеле между нейронами, запускает передачу электрической информации через нейрон — но иногда, когда организму нужно быстрее перемещать сигнал, нейрон-нейронные соединения могут быть электрическими сами по себе.

Потенциалы действия движутся от 1 до 100 метров в секунду. Одной из причин этого большого разброса является то, что другой тип клеток нервной системы — клетка Шванна — выступает в роли заботливой бабушки и постоянно обертывает некоторые типы аксонов слоями жировых одеял, называемых миелиновой оболочкой. Примерно так:

Помимо защиты и изоляции, миелиновая оболочка является основным фактором в темпе коммуникации — потенциалы действия движутся гораздо быстрее через аксоны, когда покрыты миелиновыми оболочками.

Один хороший пример разницы в скорости, созданной миелином: вы знаете, каково это, когда вы ушибаетесь пальцем, ваше тело дает вам одну секунду на размышление, чтобы понять, что вы только что сделали и что вы сейчас почувствуете, прежде чем накатывает боль? Вы одновременно ощущаете удар мизинца о что-то твердое и острую часть боли, потому что острая информация о боли посылается в мозг через миелинизированные аксоны. Требуется секунда или две, чтобы появилась тупая боль, потому что она посылается через немиелинизированные «С-волокна» — на скорости метра в секунду.

Нейронные сети

Нейроны в чем-то похожи на компьютерные транзисторы — они также передают информацию на бинарном языке нулей и единиц (0 и 1), без срабатывания и со срабатыванием потенциала действия. Но, в отличие от компьютерных транзисторов, нейроны мозга постоянно меняются.

Помните, когда вы учитесь чему-то новому, и у вас хорошо получается, а на следующий день вы пытаетесь снова, но уже ни хрена? Дело в том, что вчера вам помогала в обучении концентрация химических веществ в сигналах между нейронами. Повторение вызывало изменение химических веществ, вы становились лучше, но на следующий день химические вещества вернулись в норму, поэтому и улучшения сошли на нет.

Но если вы продолжите практиковаться, вы в конце концов будете хорошо разбираться в чем-то, и это уже надолго. Вы как бы говорит мозгу «мне это нужно не на один раз», и нейронные сети мозга отвечают, соответствующим образом внося структурные изменения. Нейроны меняют форму и местоположение и укрепляют или ослабляют различные связи таким образом, чтобы создать сеть путей к навыку, к умению что-то делать.

Способность нейронов менять себя химически, структурно и даже функционально позволяет нейронной сети вашего мозга оптимизировать себя под внешний мир — это явление называют пластичностью мозга. Мозг младенца наиболее пластичный. Когда рождается ребенок, его мозг понятия не имеет, к какой жизни ему готовиться: к жизни средневекового воина, которому придется освоить фехтование, музыканта 17 века, который должен будет выработать точную мышечную память для игры на клавесине, или современного интеллектуала, которому придется хранить и работать с колоссальным количеством информации. Но мозг младенца готов менять себя под любую жизнь, которая его ожидает.

Младенцы — звезды нейропластичности, но нейропластичность сохраняется на протяжении всей нашей жизни, поэтому люди могут расти, меняться и учиться новому. И именно поэтому мы можем формировать новые привычки и ломать старые — ваши привычки отражают существующие схемы в вашем мозге. Если вы хотите изменить свои привычки, вам придется проявить большую силу воли, чтобы переписать нейронные пути мозга, но если вы постараетесь, мозг наконец поймет и изменит все эти пути, после чего новое поведение больше не будет требовать силы воли. Ваш мозг физически превратит изменения в новую привычку.

Всего в мозге насчитывается около 100 миллиардов нейронов, составляющих эту невероятно обширную сеть — подобно количеству звезд в Млечном Пути. Около 15-20 миллиардов этих нейронов находятся в коре, остальные — в других частях вашего головного мозга. Удивительно, что даже в мозжечке в три раза больше нейронов, чем в коре.

Давайте уменьшим масштаб и посмотрим на другое поперечное сечение мозга. На этот раз разрежем не вдоль, а поперек.

Вещество мозга можно разделить на так называемое серое и белое вещество. Серое вещество на самом деле выглядит темнее и состоит из клеточных тел (сом) нейронов мозга и их зародышей дендритов и аксонов — наряду с другим материалом. Белое вещество состоит в основном из электропроводных аксонов, переносящих информацию из сомы в другие сомы или в месте назначения в теле. Белое вещество белое, потому что эти аксоны обычно обертываются в миелиновую оболочку, которая представляет собой белую жирную ткань.

В мозге есть две основные области серого вещества: внутренний кластер лимбической системы и частей ствола мозга, о которых мы говорили выше, и толстый слой коры, покрытый двухмиллиметровым слоем коры снаружи. Большой кусок белого вещества между ними состоит в основном из аксонов кортикальных нейронов. Кора представляет собой большой командный центр, и из массы аксонов в его составе исходит множество ее приказов.

Крутейшая иллюстрация этой концепции — это набор художественных представлений, сделанных доктором Грегом Данном и Брайаном Эдвардсом. Посмотрите на четкую разницу между структурой внешнего слоя коры серого вещества и белым веществом под ним.

Эти кортикальные аксоны могут передавать информацию в другую часть коры, в нижнюю часть мозга или через спинной мозг — супермагистраль нервной системы — и в остальную часть тела.

Давайте посмотрим на нервную систему целиком.

Нервная система разделена на две части: центральная нервная система — ваш мозг и спинной мозг — и периферическая нервная система — состоящая из нейронов, которые исходят из спинного мозга в остальную часть тела.

Большинство типов нейронов — это интернейроны, которые общаются с другими нейронами. Когда вы думаете, в вашей голове куча интернейронов разговаривает между собой. Интернейроны в основном содержатся в мозге.

Два других типа нейронов — это сенсорные нейроны и моторные нейроны — они уходят вниз по спинному мозгу и составляют периферическую нервную систему. Эти нейроны могут быть метровой длины. Вот типичная структура каждого типа:

Помните две наших полосы?

Эти полосы находятся там, где рождается периферическая нервная система. Аксоны сенсорных нейронов уходят вниз из соматосенсорной коры, через белое вещество мозга, в спинной мозг (который просто являет собой массивный пакет аксонов). Из спинного мозга они уходят во все части вашего тела. Каждая часть вашей кожи устлана нервами, которые рождаются в соматосенсорной коре. Нерв, между прочим, — это несколько пучков аксонов, стянутых вместе в небольшой шнур. Вот нерв в разрезе:

Нерв — это все, что в сиреневом круге, а четыре больших круга внутри — это пучки аксонов.

Если муха садится на вашу руку, происходит следующее:

Муха касается вашей кожи и стимулирует пучок чувствительных нервов. Терминали аксона в нервах начинают работать с потенциалом, передавая этот сигнал в ваш мозг, чтобы сообщить о мухе. Сигналы идут в спинной мозг и в сомы соматосенсорной коры. Соматосенсорная кора затем дает сигнал моторной коре, что нужно лениво повести плечом, чтобы смахнуть муху. Определенные сомы в моторной коре, которые связаны с мышцами руки, начинают действие потенциалов, посылая сигналы назад в спинной мозги и оттуда в мышцы руки. Терминали аксона на конце нейронов стимулируют мышцы руки, которые встряхивают ее, чтобы согнать муху. Нервная система мухи проходит через свой цикл, и та улетает.

Затем ваша миндалина озирается и осознает, что на вас сидит насекомое, сообщает моторной коре неприязненно подергаться, а если это паук вместо мухи, также приказывает вашим голосовым связкам невольно закричать и разрушить вашу репутацию.

Получается, мы понимаем, как работает мозг? Почему же тогда, если профессор задал этот вопрос — сколько мили мы преодолели, если эта миля — все, что нам нужно знать о мозге, — ответом будет три дюйма?

А секретик вот в чем.

Мы знаем, как отдельный компьютер отправляет электронную почту и полностью пониманием любые концепции Интернета, например, сколько в нем людей, какие сайты самые большие, какие тренды ведущие. Но вся эта начинка в центре — внутренние процессы Интернета — они немного сбивают с толку.

Экономисты могут рассказать вам все о том, как действует отдельный потребитель, об основных концепциях макроэкономике и о всеобъемлющих силах в игре — но никогда не могут рассказать, как работает экономика с точностью до секунды или что с ней будет через месяц или год.

Мозг в чем-то похож. У нас есть малая картина — мы знаем все о том, как активируются нейроны. И у нас есть общая картина — мы знаем, сколько нейронов в мозге, каковы крупнейшие доли и структуры, как они управляют телом и сколько энергии потребляет система. Но где-то между — что делает каждая часть мозга — мы совершенно теряемся.

Просто не понимаем.

Что действительно хорошо показывает, насколько мы сбиты с толку, это то, как нейробиологи говорят о тех частях мозга, которые мы понимаем лучше всего. Вроде зрительной коры. Мы хорошо понимаем зрительную кору, потому что ее легко картировать.

Ученый Пол Меролла так описал ее мне:

«Зрительная кора имеет прекрасную анатомическую функцию и структуру. Когда на нее смотришь, буквально видишь карту мира. Поэтому когда что-то в поле зрения оказывается в определенной области пространства, сразу виден участок на коре, который представляет эту область пространства, он активируется. И если этот объект движется, есть топографическое картирование, на котором это отражают соседние клетки. Это почти как иметь декартовские координаты реального мира, который соответствует полярным координатам в зрительной коре. Можно буквально по сетчатке проследить, через таламус и в зрительную кору, как одна точка в пространстве отражается в точке зрительной коры.

Пока хорошо. Но он продолжает:

Это картирование действительно полезно, если вы хотите взаимодействовать с определенными частями зрительной коры, но есть много областей зрения, и чем глубже вы погружаетесь в зрительную кору, тем туманнее она становится, и это топографическое представление начинает ломаться. В мозге процессы протекают на самых разных уровнях, и визуальное восприятие отлично это показывает. Мы смотрим на мир, который представлен физическим трехмерным миром где-то извне — вот чашка, и вы ее видите — но ваши глаза видят лишь горстку пикселей. А когда вы смотрите на визуальную кору, вы видите 20-40 разных карт. V1 — это первая область, на которой размечаются кромки и цвета. Другие области отражают более сложные объекты, и все это разнообразное зрительное представление накладывается на поверхность вашего мозга. И вдруг, каким-то образом, эта информация собирается воедино из этого информационного потока, который закодирован таким образом, чтобы вы поверили, что видите простой объект.

И моторная кора, еще одна из наиболее хорошо изученных областей головного мозга, при ближайшем рассмотрении оказывается еще более сложной, чем зрительная кора. Потому что, хоть мы и знаем, какие общие области карты моторной коры отвечают определенным областям тела, отдельные нейроны в этих областях моторной коры топографически не выстроены, и специфика их совместной работы над созданием движения тела абсолютно не ясна.

Нейронные беседы на тему движения рукой в голове ни на что не похожи — нейроны не говорят по-английски, мол, «двигайся» — это схема электрической активности, и у каждого она немного своя. При этом вы хотели бы понимать совершенно интуитивно, что это означает «двигай рукой вот так», или «двигай рукой в направлении цели», или «двигай рукой налево, двигай еще, хватай, хватай с определенной силой, двигай с определенной скоростью» и так далее. Мы не задумываемся об этом, когда двигаемся — все это происходит незримо. Поэтому каждый мозг имеет уникальный код, в соответствии с которым он общается с мышцами в руке и кисти.

Нейропластичность, которая делает наши мозги такими полезными, также делает их невероятно трудными для понимания, потому что принципы работы нашего мозга основаны на том, как мозг формирует себя под действием определенной среды и жизненного опыта. Это не бездушный кусок мяса или чего-то там, который у вас, у меня, у тети Маши, у дяди Пети и у Билла Гейтса будет одинаковым хотя бы на вид — глубоко внутри мозг каждого человека уникален в самом высоком значении этого слова.

И снова, все это области мозга, которые мы понимаем лучше всего. «Когда дело доходит до более сложных процессов, таких как язык, память, математика», рассказал мне один эксперт, «мы вообще не понимаем, как работает мозг». Он посетовал, например, что понятие о своей матери закодировано по-разному и в разных частях мозга у каждого человека. И в лобной доли — именно там, где, как мы выяснили, вы обитаете — «там вообще нет топографии».

И все же ничто из этого не является причиной того, почему создать эффективный нейрокомпьютерный интерфейс так сложно. Сложными нейрокомпьютерные интерфейсы (НКИ) делают колоссальные инженерские препятствия. Именно физическая работа с мозгом так усложняет процесс создания НКИ.

Ствол дерева в виде мозга нами построен. Мы готовы отправляться к первой ветке.

hi-news

Опубліковано на сайті: 2017-05-14