Лестница жизни: десять величайших изобретений эволюции - Ник Лэйн

клеток в крови зависит во многом от их предшествующего опыта, а не непосредственно от генов. Эдельман предположил, что похожая форма отбора постоянно работает и у нас в мозге. Там, в свою очередь, в результате использования отбираются и усиливаются определенные группы нейронов, в то время как не используемые группы нейронов постепенно отмирают. В итоге здесь тоже начинают преобладать сочетания более успешных клеток, и отношения между клетками определяются всем их предшествующим опытом, а не задаются непосредственно генами.

Происходит это так. В ходе эмбрионального развития в мозгу формируется грубая, предварительная система связей. Хотя нервные волокна и соединяют разные участки мозга (зрительный нерв со зрительными центрами, одно полушарие с другим через мозолистое тело, и так далее), эти связи не отличаются специфичностью или осмысленностью. По сути, генами задается лишь общая схема электрических цепей мозга, в то время как точные связи и детали этой схемы задаются опытом. Осмысленность приходит в основном с опытом, который записывается у нас в мозге. Эдельман сформулировал это так: “Какие нейроны вместе возбуждаются, те и соединяются”. Иными словами, нейроны, одновременно посылающие сигналы, усиливают свои связи (синапсы) и образуют новые связи, физически соединяющие их друг с другом[78]. Такие связи образуются как локально, в пределах той или иной группы нейронов (например, помогая связывать друг с другом различные разновидности зрительной информации), так и на большом расстоянии (например, соединяя зрительные центры с центрами эмоций или речи). Тем временем другие синаптические связи, соединяющие нейроны, между которыми мало общего, ослабевают, а иногда и вовсе исчезают. Вскоре после рождения человека, когда поток жизненного опыта набирает ход, наш мозг оформляется изнутри. При этом отмирают миллиарды клеток: за первые месяцы жизни человек теряет 20-50 % нейронов и десятки миллиардов слабых синаптических связей. В то же время десятки триллионов синапсов формируются и усиливаются, в результате чего в некоторых участках коры нашего мозга на каждый нейрон приходится около десяти тысяч синапсов. Синаптическая пластичность особенно сильна в первые годы нашей жизни, но в какой-то степени она сохраняется у нас до самой смерти. Монтень как-то сказал, что после сорока мы все ответственны за свое лицо. За свой мозг мы точно ответственны.

Вам, возможно, интересно, в чем состоит вклад генов в этот процесс? Не только в том, что они задают общее строение мозга, но и в том, что они определяют относительные размеры и пути развития различных его участков. Они влияют на вероятность выживания нейронов, силу их синаптических связей, соотношение возбуждающих и тормозных нейронов, общий баланс передающих сигналы между нейронами нейромедиаторов — и так далее. Ясно, что они вносят тем самым вклад и в формирование нашей личности, наши склонности (к опасным видам спорта, или наркотикам, или глубокой депрессии, или рациональному мышлению), а значит, гены влияют также на наши способности и на наш опыт. Но подробное устройство нашего мозга не определяется генами. Это и невозможно: имеющиеся у нас тридцать тысяч генов никак не смогли бы определять 240 триллионов (триллион — это тысяча миллиардов) синапсов, имеющихся в коре нашего мозга (по оценке Коха). Ведь на один ген, таким образом, приходится восемь миллиардов синапсов.

Эдельман называет этот процесс развития мозга “нейронным дарвинизмом”, тем самым подчеркивая, что в ходе приобретения опыта происходит отбор на успешные сочетания нейронов. Здесь налицо работа всех базовых принципов естественного отбора: мы начинаем с большой популяции нейронов, которые могут с равным успехом соединяться друг с другом миллионами способов. Нейронам свойственна изменчивость, и они могут усиливаться либо слабеть и гибнуть. Они борются за формирование синаптических связей и избирательное выживание в зависимости от успешности: больше всего синаптических связей образуют наиболее “приспособленные” сочетания нейронов. Впрочем, Фрэнсису Крику принадлежит известная шутка, что всю эту конструкцию лучше было бы назвать “нейронным эдельманизмом”, потому что параллели с естественным отбором здесь натянуты. Тем не менее, лежащая в основе этой конструкции идея получила широкое признание среди нейробиологов.

Эдельману принадлежит и еще одна идея, которая тоже внесла существенный вклад в изучение нейронных основ сознания, — концепция реверберирующих нейронных циклов, которые сам Эдельман назвал термином — не очень вразумительным — “параллельные повторно входящие сигналы”. Суть в том, что нейроны, возбуждающиеся в одном участке мозга, могут связываться с нейронами в других, удаленных участках, и последние отвечают на возбуждение первых, формируя проходящую по другим связям временную нейронную цепь, многократно возбуждающуюся в ответ (реверберирующую) синхронно со всеми этими нейронами, пока другие входящие сигналы не разрушат этот временный ансамбль и не заменят его другим, тоже реверберирующим в унисон. Эта идея Эдельмана прекрасно согласуется с идеями Крика и Коха, а также Вольфа Зингера (хотя нельзя не отметить, что для того, чтобы найти общее между их концепциями, нередко приходится читать между строк: не много я знаю областей науки, в которых главные действующие лица так мало ссылаются друг на друга, редко удосуживаясь даже опровергать неудачные идеи оппонентов).

Сознание работает в масштабе времени от десятков до сотен миллисекунд[79]. Если на одно мгновение показать нам одно изображение, а через сорок миллисекунд — другое, мы сознательно воспримем лишь последнее: нам покажется, что первого мы вообще не видели. И все же с помощью микроэлектродов и сканирования мозга (например, по методу функциональной магнитно-резонансной томографии) можно убедиться, что зрительные центры мозга зарегистрировали и первое изображение — просто оно не получило доступа к нашему сознанию. Судя по всему, чтобы пробиться к сознанию, набору нейронов нужно реверберировать в унисон в течение нескольких десятков или даже сотен миллисекунд, что снова возвращает нас к открытому Зингером ритму с частотой 40 Гц. И Зингер, и Эдельман показали, что в удаленных участках мозга действительно синхронно возникают подобные колебания, между которыми происходит “фазовая автоподстройка частоты”. Другие группы нейронов автоматически подстраиваются под другие фазы, возбуждаясь чуть с меньшей (или большей) частотой. Фазовая автоподстройка дает принципиальную возможность отличать друг от друга разные аспекты зрительной информации об одной и той же картине. Например, можно подстраивать частоту подачи всех элементов информации о видимой нами зеленой машине под одну фазу, а все элементы информации о едущей рядом с ней синей машине подавать с немного другой частотой и подстраивать под другую фазу. Такая автоподстройка позволяет сознанию не путать две машины.

У Зингера есть очаровательная идея, объясняющая, как подстроенные по фазе колебания связываются воедино на более высоком уровне — на уровне самого сознания, то есть как эти колебания привязываются к информации, поступающей от всех других органов