Мозг двинулся за мыслью

Вскрыв черепные коробки обезьян, учёные смогли не просто «читать» их мысли, как при фМРТ, а предсказывать, чем мозг займётся в будущем. Перед активацией каждого участка он сначала готовится. Через окошко в черепе прекрасно видно, где и как проходит эта подготовка.

Мозг до недавнего времени, при всей его изученности, оставался самым недоступным органом: казалось бы, топическая диагностика и столетия анатомических изысканий сказали ученым всё о том, какие регионы за что отвечают и как работают рефлекторные дуги. Но увидеть «появление мысли» даже сейчас остается мечтой нейрофизиологов.

К ней немного удалось приблизиться с появлением функциональной магнитно-резонансной томографии, регистрирующей кровоток в отдельных, как предполагается, «активирующихся» участках мозга. Сопоставив эти данные с демонстрируемыми зрительными образами, можно даже попытаться определить мысли.

Анираддха Дас и Евгений Сиротин из американского Колумбийского университета пошли вперед.

В определенном смысле им удалось «предсказать», о чём обезьяна будет думать дальше.

Правда, полученные в этом эксперименте результаты одновременно ставят под сомнение адекватность традиционной интерпретации данных, получаемых при функциональной магниторезонансной томографии (фМРТ).

Несмотря на то, что наш мозг составляет обычно не более 2% массы тела, его потребности в энергии заставляют организм отправлять до 15% сердечного выброса в снабжающие серое и белое вещество артерии. А вот как воспользоваться этими ресурсами, решается уже на месте. Традиционно считается, что чем больше активность той или иной области, тем интенсивней в ней кровоток.

Несмотря на то, что результаты десятков работ, обнаруживших отвечающую за ту или иную проблему область мозга, полностью согласуются с данными почти вековой неврологической практики, за последнее десятилетие накопились и противоречия. В частности, до конца не ясен механизм, с помощью которого нейроны запрашивают больше крови. Этот запрос невозможен без участия поддерживающих клеток – астроцитов, и фМРТ, по сути, регистрирует активность не нейронов, а этих самых астроцитов.

Чтобы продемонстрировать другую проблему, возникающую при интерпретации, Дас и Сиротин даже не стали использовать фМРТ, ограничившись регистрацией электрических потенциалов и видеозаписью кровотока.

Чтобы «подобраться» к зрительной коре, им пришлось удалить часть черепной коробки и мозговые оболочки у двух обезьян.

Через образовавшееся отверстие можно было записывать как электрические потенциалы, характеризующие активность самих нейронов, так и непосредственную интенсивность кровотока и содержание кислорода в крови. Иллюстрация к этой заметке как раз и показывает пример активации сосудов мозга визуальным стимулом. Белые «молнии» обозначают артерии, поджавшиеся в ожидании стимула. Тёмная область в центре – специфичный ответ на сам стимул.

Когда обезьянкам «предлагали» проследить за точкой на мониторе (вознаграждая их внимание чем-то вкусным), то, как и ожидали учёные, электрическая активность коры, равно как и кровоток, значительно возрастали – особенно в её визуальных частях. Но повторение этого же самого эксперимента в кромешной темноте, в которой подопытные приматы были просто не способны что-то увидеть, поставило нейрофизиологов в тупик:

Хотя активность коры оставалась на базовом уровне, кровоток в области интереса существенно возрастал, как бы подготавливая нейроны для активной работы.

Это можно было бы объяснить настороженным состоянием животных, если бы не повторение подобного эксперимента, в котором награду обезьянки получали уже за звуковой сигнал. Здесь те же самые области не активировались. В своей публикации в Nature Дас и Сиротин предположили, что причина в «готовности обезьян к выполнению конкретного задания», а не просто в привычной обстановке.

Это не значит, что все выводы предыдущих экспериментов с фМРТ ошибочны, вопрос лишь в причинно-следственных связях и механизмах – в каких случаях первично усиление кровотока, а в каких – нейронная активность?

В любом случае предложенный авторами метод можно использовать для поиска механизмов интуиции и предвидения, ведь если кровоток возрастает – значит, какая-то структура мозга так или иначе предвидит предстоящие события или, по крайней мере, их характер.