Мозг воспринимает пространство с помощью набора разномасштабных карт

Мы ориентируемся в пространстве с помощью особой группы нервных клеток, называемых grid-нейронами. Это что-то вроде GPS-систем мозга: когда человек или животное движется, grid-нейроны по очереди возбуждаются, отмечая участки пространства и передавая сигнал в гиппокамп. Особенность grid-нейронов в следующем: они периодически возбуждаются, разбивая пространство на шестиугольные участки, и нейрон, попадая в вершину такого шестиугольника, реагирует импульсом.

Исследователи из Норвежского научно-технического университета обнаружили удивительную черту этих клеток. Оказывается, grid-нейроны собраны в модули, числом не менее четырёх, и каждый из модулей отвечает за один и тот же кусок пространства, но в разном масштабе. Иными словами, карта территории в мозгу складывается в виде «бутерброда» из нескольких карт, от самой общей к наиболее детальной. Если вспомнить о шестиугольной схеме возбуждения нейронов, то получится несколько сеток с гексагональными ячейками, наложенных друг на друга.

Если мы делаем, например, три шага, то нейроны более крупной сетки отреагируют на перемещение, скажем, всего два раза — в начале и в конце пути, в то время как нейроны более частой отзовутся пять, десять, пятнадцать раз. Впрочем, выдумывать цифры тут нет нужды. Оказалось, что масштабы пространственно-нейронных сеток соотносятся друг с другом по определённому математическому закону: бόльшая стека превосходит меньшую на 42% от частоты меньшей. (Эту закономерность особенно оценят поклонники бессмертного «Автостопом по галактике» Адамса, с его легендарным ответом на вопрос о «жизни, смерти и вообще».)

До сих пор такую модульную организацию нервных клеток находили только в тех отделах мозга, которые отвечают за восприятие информации от органов чувств и за моторику. То, что точно так же могут работать клетки, имеющие дело с довольно абстрактной информацией, исследователей весьма удивило. Хотя эксперименты ставились на крысах, авторы работы, опубликованной в Nature, полагают, что таким же образом картографируется пространство и у других млекопитающих, включая человека. Причём модулей может быть гораздо больше четырёх: учёные полагают, что у крыс их около десяти, только пока что не все удалось увидеть экспериментально. Особенность пространственных модулей ещё и в том, что «на глаз», с помощью микроскопа, их различить невозможно: нейроны разных карт перемешаны между собой и иногда входят в несколько разных решёток. То есть можно говорить о функциональных модулях, которые работают отчасти благодаря одним и тем же клеткам.

Исследователи полагают, что такая модульная организация может быть присуща и другим функциям мозга — к примеру, памяти. Grid-нейроны, как было сказано, посылают свои импульсы в гиппокамп, один из главных центров памяти. Можно представить, что и в гиппокампе есть похожие разномасштабные функциональные решётки нейронов, только имеющие дело не с текущим положением индивидуума в пространстве, а с его воспоминаниями.

Подготовлено по материалам Норвежского научно-технического университета.