Добротность сети

Подытожим сказанное: для различных способов запоминания в нашем мозге существуют различные большие области. Одно-единственное воспоминание хранится не в одной нервной клетке и даже не в какой-то одной области мозга. На самом деле запоминание самой мелкой детали осуществляется путем взаимодействия множества нервных клеток, которые все вместе отвечают за сохранение одной и той же информации. Более массивные воспоминания хранятся во взаимодействии разных областей мозга, каковые реконструируют воспоминания из отдельных фрагментов информации. «Загрузка» эпизодов из памяти в сознание – это всегда их реконструкция. Собственно, извлечение содержания семантической памяти – результат взаимодействия различных нейронных систем.

Новый способ изучения этого феномена заключается в исследованиях на уровне функционирующих нервных сетей. Для этого применяют особую разновидность функциональной МРТ (фМРТ) – «МРТ в состоянии покоя». На практике это выглядит так: испытуемого укладывают в камеру магнитно-резонансного томографа, где испытуемый должен провести несколько минут, решительно ни о чем не думая – он не должен решать никаких задач, не должен запоминать никакие числа, он вообще не должен ни о чем думать, даже о том, как это здорово – получать деньги за ничегонеделанье. Просто удивительно, как трудно это умственное безделье дается некоторым людям. Правда, не меньшее изумление вызывают другие люди, которым абсолютная бездумность дается чрезвычайно легко. Для нас, исследователей, в этой ситуации важно то, что и в состоянии покоя мозг сохраняет высокую активность. Эта активность представляет собой неразличимый белый шум. При выполнении определенного задания активность мозга на экране фМРТ представляется в виде конкретного, довольно отчетливо различимого рисунка, а состояние покоя на экране выглядит как снежная крупа на экране телевизора при отсутствии сигнала. По этой причине ученые долго не занимались исследованием этой малопонятной картины.

Однако в 2001 году прорыв все же состоялся. Были опубликованы данные о том, что даже в состоянии покоя в мозге есть ряд областей, которые особенно активны в этом состоянии и становятся менее активными, когда испытуемый принимается за выполнение какого-то задания. Белый шум в данных визуализации мозга ни в коем случае не является случайным. Надо обратить особое внимание на то, какие именно участки мозга одновременно являются наиболее активными при ничегонеделании. То есть активность в этих участках меняется синхронно во время исследования в состоянии покоя. Если исследователи наблюдают изменения активности в каком-то определенном участке мозга, то она изменяется и в каком-то другом, но определенном участке. Такие одновременно активирующиеся области мозга называют функционально связанными, ибо все колебания активности в них происходят одновременно и синхронно. Вот почему эту совместную активность удалось проанализировать с помощью математической «сетевой модели».

Обнаруженную таким способом нейронную сеть авторы (Raichle, McLeod и др. ) назвали Default Mode Network, что в переводе с английского и означает «сеть состояния покоя». Эта сеть активна, например, когда мы грезим наяву, когда наши мысли блуждают, внимание направлено внутрь и мы перестаем воспринимать окружающий мир. Эта сеть, между прочим, отвечает за внутренний голос, который исчезает, когда мы сосредоточены на решении какой-либо задачи, но вновь появляется, когда мы, например, хотим лечь спать: «Спать? Сейчас? Смело, смело. Я-то думал, что ты хочешь подготовиться к завтрашнему семинару. Да, следовало бы об этом помнить. Эй, кстати, ты слышишь плеск? Это не кран ли течет? Ладно, это я так, к слову. Ничего, что ты собрался спать, как тот парень, твой одноклассник, который заснул во время экскурсии, когда вы учились в средней школе? Это было очень весело, правда не для него. Кстати, как его звали? »

К сети состояния покоя, помимо других областей, относятся также гиппокамп и префронтальная кора. Но разве не эти области активируются при выполнении заданий на запоминание? Да, именно они. Когда наши мысли беспорядочно блуждают, мы время от времени вспоминаем разные события и случаи из жизни, думаем о себе и о намерениях других людей. Именно в ходе этих процессов мы используем свою память. Возникает впечатление, что в состоянии покоя эти области чрезвычайно активны.

Считают также, что сильные связи, характерные для состояния покоя, не готовят мозг к выполнению каких-то задач – скорее они способствуют дальнейшему формированию и укреплению памяти. Когда коллеги после обеденного перерыва задерживаются в столовой, пьют кофе и болтают о всякой всячине, они не просто хотят сбросить напряжение трудного рабочего дня – во время таких разговоров хорошо усваивается недавно полученная информация и возникают новые идеи. Хорошие руководители знают это и не препятствуют подчиненным.

При многих душевных расстройствах, например при депрессии, синдроме дефицита внимания и гиперактивности или при болезни Альцгеймера, повреждается сеть состояния покоя. При депрессии связи между нейронами усиливаются, что повышает внимание к своему состоянию. Похожее происходит, когда некий сотрудник за чашкой кофе говорит своим коллегам, что он будто бы слышал, что какой-то заказчик не перечислил деньги за работу и теперь фирма начнет увольнять сотрудников. Коллеги теперь, вместо того чтобы работать, начнут живо обсуждать страшную новость. В результате у фирмы действительно могут начаться неприятности.

При дефиците внимания и гиперактивности, а также при болезни Альцгеймера связи между нейронами сети, наоборот, ослабевают, что приводит к расстройству памяти. Сеть состояния покоя играет большую роль также в размышлениях о будущем. К грезам наяву относят и воображение сценариев – того, что и как может произойти в будущем. Активность мозга при извлечении воспоминаний сильно напоминает его активность при воображении возможных сценариев, и это указывает нам, что в обоих случаях в мозге происходит конструирование моделей.

Связи внутри головного мозга можно изучать не только функциональными, но и структурными методами. Можно, например, выяснить, где в белом веществе мозга особенно много нервных пучков. Между прочим, эти исследования тоже можно проводить с помощью МРТ. При этом ученые используют тот факт, что в проводящих путях содержится много молекул воды. Эти молекулы обладают кинетической энергией и непрерывно движутся. Эти перемещения называют диффузией. Вы наблюдаете диффузию, когда погружаете пакетик с чаем в чашку с кипятком. Чай проникает в воду и распределяется по всему объему чашки. Размешивание ускоряет этот процесс, но он происходит и самопроизвольно. С газами происходит то же самое. Именно так распространяется в закрытом помещении запах ароматической свечи, заполняя весь объем помещения. То же касается запахов и других газов. Ну, вы понимаете, о чем я говорю.

Перемещения отдельных частиц происходят хаотично и случайно. Однако в мозге молекулы воды не вполне свободны в своих перемещениях, на пути их движения много преград. В любом случае молекулы воды перемещаются преимущественно вдоль нервных волокон, если не считать тех случаев, когда повреждены клеточные стенки нейронов и их отростков. Можно провести аналогию с концертом, на котором собралось слишком много слушателей. Вдоль проходов в вестибюле выстраиваются очереди – например в туалет или в буфет. Эти очереди пусть и не очень быстро, но неуклонно продвигаются к цели. Однако если вы попытаетесь выйти из очереди вправо или влево, чтобы потом найти в очереди своих друзей, то вам неизбежно придется столкнуться с другими людьми. Так как находящиеся в ткани мозга молекулы воды реагируют на магнитные поля, за их движением можно наблюдать. При этом можно с большой долей вероятности предположить, что молекулы воды распространяются вдоль нервных волокон, а следовательно, направление волокон совпадает с направлением движения большинства молекул воды. Если какой-то наблюдатель будет смотреть на такую очередь из вертолета, то он увидит, что каждый отдельный человек в ней совершает хаотичные мелкие перемещения – вперед, назад, вправо, влево, но основное, самое быстрое движение все же осуществляется в одном направлении – к туалету.

С помощью такой методики МРТ Майклу Грейциусу удалось в 2000 году показать, что обнаруженные функциональные взаимодействия в сети состояния покоя осуществляются по проводящим нервным путям. То есть помимо функциональной существует и структурная связь. Мы имеем дело с реальной нервной сетью, связывающей удаленные друг от друга области мозга и, таким образом, распределяющей память по всему объему головного мозга. Эти нервные пути упорядочивают изменчивую активность мозга в состоянии покоя так же, как модератор в интернете упорядочивает дискуссию, решая, когда ее можно продолжить, а когда ограничить мнением одного из участников.

С годами особое значение такого сетевого объединения, или, другими словами, связей внутри головного мозга, было выявлено еще более отчетливо, и теперь именно они стали предметом самого пристального внимания ученых, исследующих память. С 2010 года осуществляется проект «Коннектом» (Human Connectome Project). Подобно тому как в ходе осуществления проекта «Геном человека» ученые, работавшие в многочисленных учреждениях, совместными усилиями старались выяснить последовательность нуклеотидов в ДНК человеческих хромосом, ученые, исследующие мозг во многих научных центрах, поставили перед собой задачу выявить все связи, существующие в человеческом мозге. Для этого было выполнено магнитно-резонансное сканирование мозга 1200 человек, и данные этого исследования сделали доступными для всех заинтересованных исследователей. Уже появились первые публикации, в которых были использованы эти данные, и надо надеяться, что в ближайшие годы мы овладеем новыми знаниями, которые позволят лучше понять структуру внутримозговых связей и обнаруживать у больных отклонения от нормального их распределения.