Некоторые нейроны в мозге знают больше остальных

В коре мозга 20% нейронов пропускают через себя 70% всего информационного потока.

Наш мозг – не просто набор нейронных «кубиков», каждый из которых выполняет чётко определённые функции и за пределы которых не может ступить и шагу; на самом деле все мозговые «департаменты» всё время общаются друг с другом, обмениваются функциями и т. д., пребывают, иными словами, в динамическом взаимодействии. Нейрофизиологи про это давно знают, однако остаётся вопрос, насколько тесно происходит такое внутримозговое общение, насколько разные зоны готовы делиться друг с другом обязанностями, на каких принципах осуществляется упомянутое динамическое взаимодействие?

Некоторые полагают, что в мозге (по крайней мере, в коре полушарий) царит натуральная сетевая демократия – все могут делать всё, появляющиеся задачи выполняются если и не «всем миром», то хотя бы теми, кто в данный момент свободен. Действительно, есть ряд примеров, когда зоны мозга бросаются выполнять несвойственные им функции, потому что у человека появилось срочное дело первоочередной важности. Например, когда нам нужно найти что-нибудь, в поисках принимает участие вся кора мозга, включая даже участки абстрактного мышления, которые вместо своей основной задачи начинают заниматься анализом визуальной информации (как это происходит, можно прочесть в опубликованной в 2013 году статье исследователей из Калифорнийского университета в Беркли).

Однако на самом деле в мозге всё-таки существует определённая иерархия, которая определяется большей информированностью некоторых зон. Несколько лет назад нейробиологи из Университета Индианы обнаружили нечто вроде мозгового совета директоров (или, если угодно, глобального диспетчерского центра) – в их число входят 12 областей, которые выступают своеобразными информационными хабами, аккумулируя данные от самых разных участков мозга. Эти информационные центры отличаются большим количеством и большим разнообразием связей с другими зонами. Между собой они формируют что-то вроде клуба, то есть являются не отдельно стоящими коллекторами информации, а постоянно обмениваются между собой полученными данными. В число таких сверхинформированных областей входят передние части теменной и лобной коры, предклинье, гиппокамп (центр памяти), таламус (занимающийся распределением сенсорной информации), скорлупа и т. д.

Характерным признаком членов «совета директоров» является то, что они контролируют широкий спектр поведенческих и когнитивных функций, а не специализируются на чём-то одном, вроде обработки зрительной информации или управления конечностями. Если вывести из строя какого-нибудь из членов сети, это коснётся всего мозга, и почти не останется аспектов его деятельности, которые не будут затронуты.

Если же повреждение коснётся участка, лежащего за пределами «собрания избранных», то нарушится только какая-то единичная функция, условно говоря, подвижность руки или ноги, но ни память, ни речь, ни, к примеру, способность анализировать зрительные ощущения не пострадают. А нейронные пути мозгового информационного хаба работают ещё и как скоростные магистрали, передающие сигнал между удалёнными районами мозга гораздо быстрее, чем даже если бы он шёл между ними просто по прямой. То есть диспетчерский центр мозга не только собирает и распределяет информацию, он ещё и способствует быстрейшей её доставке.

В дальнейшем, однако, выяснилось, что такое же разделение на более информированных и менее информированных есть не только между мозговыми зонами, но и внутри них, на уровне отдельных нейронов. Новые эксперименты показали, что большая часть информационного потока в функциональном участке коры идёт через совсем небольшое число клеток; примерная оценка даёт соотношение 70% информации на 20% нейронов. За нервными клетками наблюдали, считывая импульсы прямо из соматосенсорной коры крыс; затем полученные данные анализировали математическими методами.

До сих пор похожие опыты ставили только с червями; однако есть все основания полагать, что такие же сверхинформированные нейронные микроструктуры есть и у высших животных, включая приматов. (Здесь стоит подчеркнуть, что вышеописанный диспетчерский центр нашли как раз у людей.) Полностью новые результаты опубликованы в The Journal of Neuroscience.

Теперь исследователям предстоит узнать, как складываются такие блоки нейронов, как получается, что они стягивают к себе большую часть информации, и как информационная иерархия на нейронном уровне соотносится с «советом директоров». Практические перспективы ту, конечно, открываются безграничные – если мы сможем вмешаться в управление диспетчерской мозга, то сможем корректировать работу всего мозга в целом.