Нейроны мозга связывают «что», «где» и «когда»

В наш мозг ежемгновенно поступает огромное количество информации, которая вовсе не остаётся лежать бесформенной кучей. Про каждое событие мы можем сказать, когда и где оно произошло. Благодаря знанию «когда» и «где» мы соединяем разные события, предметы, чувства и т. д. друг с другом. Упорядочивая информацию, мы получаем возможность предсказывать будущее – в том смысле, что мы, к примеру, знаем, что после красного сигнала светофора следует жёлтый, а за ним зелёный, и что если нажать на выключатель в стене, в комнате загорится свет.

Организация информации, выстраивание цепочек событий, описание обстоятельств места и времени должно происходить по-своему на разных уровнях организации мозга. Сотрудники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали, как это происходит на уровне нейронов. Эксперименты ставили с людьми, которым из-за эпилепсии ввели в мозг электроды (мы много раз рассказывали про таких больных, которым по медицинским показаниям делают специфическую операцию на мозге и которые попутно участвуют в психоневрологических исследованиях). Электроды считывали активность нейронов в разных зонах мозга, среди которых были гиппокамп и энторинальная кора, одни из главных центров памяти. Они же помогают ориентироваться нам в пространстве и времени – мы опять же много писали про клетки навигации гиппокампа и клетки времени энторинальной коры. Через эти отделы мозга проходит львиная доля всей поступающей информации, поскольку очень многое, что с нами происходит, должно хоть ненадолго, но задержаться в памяти.

В эксперименте добровольцам с электродами показывали портреты разных людей, одновременно фиксируя нейронную активность. В итоге удалось выделить отдельные нейроны, которые специфично реагировали на конкретную картинку. То есть, например, при появлении фото мужчины в тёмных очках чрезвычайно повышалась активность одного нейрона, который игнорировал все прочие картинки; на фото женщины в шляпе повышалась активность какого-то другого нейрона, и т. д. Дальше те же лица стали показывать в определённом порядке.

Этот порядок удобнее всего описать треугольником, у которого в вершинах и на каждой стороне располагались экспериментальные картинки, и показывали их теперь так, чтобы за каждой картинкой шёл один из её непосредственных соседей. То есть за фото, которое располагается на вершине треугольника, показывали фото с одной из сторон, которые сходятся к этой вершине, но не фото с других вершин – ведь они же не непосредственные соседи, между фото на вершинах треугольника есть фото на его сторонах. Фото на сторонах тоже соединяли линиями, так что получался ещё один маленький треугольник, который добавлял отношений соседства. Стоит уточнить, что треугольники лишь описывают порядок чередования фото – участники эксперимента никаких треугольников не видели, перед ними просто появлялись фотографии.

Чередование фото в эксперименте: после фото 1 шло фото 2 или 3, но не 4, не 5 и не 6, потому что эти фото никак не соседствовали с фото 1. (Иллюстрация Nature)

В конце концов нейроны гиппокампа и энторинальной коры начали усваивать порядок фото – то есть они начали реагировать не только на «свою» фотографию, но также на те, которые были их соседями в порядке чередования. Например, нейрон «мужчины в тёмных очках» начинал реагировать на женщину в шляпе и мужчину с бородой, потому что кто-то из них всегда шёл после мужчины в тёмных очках. Но при этом тот же нейрон «мужчины в тёмных очках» не реагировал на фото врача, потому что врач не был соседом в треугольной схеме. Что самое главное, сами участники эксперимента не осознавали никакой закономерности – они не могли описать порядок фото, когда их об этом прямо просили. Во время показа картинок их даже специально отвлекали вопросами о том, что они видят на фото, чтобы они не могли задуматься о том, есть ли какая-то закономерность в чередовании фотографий. В статье в Nature говорится, что в промежутках между тестами нейроны сами, без картинок перед глазами, проигрывали последовательность образов, как бы закрепляя выученный материал.

Вещи вроде светофорных сигналов мы вполне осознаём, но ведь обстоятельства «где» и «когда» есть у всего, даже у мельчайших событий. Наверно, вполне естественно, что сознание избавлено от осознавания огромной массы подобного материала. Новые данные наверняка помогут понять некоторые психологические феномены; может быть, в перспективе нас ждут средства улучшения памяти, нацеленные именно на эту способность нейронов в фоновом режиме улавливать закономерности в море информации.

Кстати, совсем недавно мы писали как будто о похожем умении нейронов гиппокампа – о том, что они объединяют объекты по определённым признакам. Но в том исследовании шла речь не столько о временной последовательности образов, сколько об абстрактных ассоциациях и категориях; хотя, конечно, временная последовательность вполне может быть критерием для создания абстрактной ассоциации.