Изначально колонки не знают, с кем они дружат, а с кем нет. У новорожденных соединения в коре формируются с большой долей случайности, и колонки на первых порах просто стреляют наобум, когда их кто-то наобум активирует. Но благодаря синаптической пластичности со временем цементируются успешные комбинации нейронов, то есть такие сочетания колонок, которые эффективно подавляют конкурентов в условиях поступающей сенсорной информации37. В участке коры, отвечающем за объемные формы, появляются стабильные ансамбли колонок, обозначающие «куб», и стабильные ансамбли, обозначающие «шар». В участке, отвечающем за поэтов, появляются ансамбли «Пушкин» и «Лермонтов». Эти ансамбли конкурируют между собой, и в разных ситуациях побеждают те или другие. «Шар» конкурирует с «кубом» за право объяснить форму кубика, на который смотрит ребенок, и побеждает «куб». В описанной выше оптической иллюзии «ваза» конкурирует с «лицом», и поэтому мы видим только одно из двух, но не оба изображения одновременно. В участке, отвечающем за поэтов, «Пушкин» конкурирует – шутка, Пушкин ни с кем, разумеется, не конкурирует.
Корковая репрезентация подобна голограмме: за счет взаимно усиливающих связей ее составные части – корковые колонки – сохраняют информацию обо всей своей совокупности. За счет же взаимно подавляющих связей целые голографические конструкции, несущие в себе отпечатки окружающего мира, постоянно борются друг с другом за первенство. Кора – это поле, на котором соревнуются голограммы, кодирующие реальность.
КСТАТИ
Помимо конкуренции между колонками, тормозные нейроны (гифы злобного гриба, растущие из каждой колонки) играют еще одну, не менее важную роль: они подавляют собственную колонку, то есть отправляют тормозной сигнал обратно тем же самым клеткам, которые их только что активировали. Возбуждающих нервных клеток в колонке 90 %, и, если их активировать, сами они не остановятся. Вся кора как бы постоянно находится на грани эпилептического припадка, который 40 раз в секунду ударяется в стену торможения. Столько времени – 25 миллисекунд – требуется возбуждающим нейронам колонки для того, чтобы активировать тормозные нейроны; «затормозиться» полученным от них тормозным сигналом; дождаться, пока торможение сойдет на нет; вновь загореться активностью; вновь активировать тормозные нейроны и так далее38. В результате электрическая активность, которую порождает любая точка коры, имеет вид волнообразного колебания, составленного из сотен или тысяч потенциалов действия. Это волнообразное колебание называется гамма-волной. Если корковые колонки – метанейроны, то гамма-волны – метапотенциалы действия.
Есть и другие мозговые волны, названные по частоте колебаний. Гамма-волны – самые быстрые, за ними идут бета-, альфа-, тета-, дельта– (логика у этой последовательности греческих букв, прямо скажем, прихрамывает). Такие электрические волны можно регистрировать электродами прямо на поверхности черепа – соответствующий метод называется электроэнцефалографией, или ЭЭГ. Каждая из этих волн отражает определенный ритм входящих или исходящих сигналов в той или иной точке коры, а синхронизация ритмов в двух разных точках означает, что они «общаются» друг с другом. Например, синхронный тета-ритм наблюдается в префронтальной коре и гиппокампе, когда два этих отдела обмениваются сообщениями при напряжении памяти38.
Эстафета четвертого слоя
Рассмотрим теперь второй тип взаимодействия колонок с колонками – не в пределах отдела коры, а между разными ее областями, в которых кодируются разные аспекты и уровни реальности. Например, репрезентация «круг» может такой дальнобойной связью передавать возбуждение репрезентации «лицо друга Пети». Как мы увидим, эти дальние соединения между разными участками и областями коры бывают двух типов, и двигаются они по разным горизонтальным слоям.
Проще всего для примера рассмотреть зрительную кору, хотя все остальные анализаторы органов чувств работают похожим образом. Та или иная «картинка», проецируемая на сетчатку, сначала проходит через реле таламуса. Тот передает сигнал по эстафете, в кору. Возбуждающий сигнал из таламуса поступает в четвертый слой участка, называемого первичной зрительной корой. Там разворачивается вышеописанная битва колонок, в результате которой побеждает то или иное их сочетание. Это сочетание – первичная репрезентация зрительного объекта. Победив конкурентов, та остается в возбуждении, которое передается по эстафете в следующую область коры.
Здесь возбуждающий сигнал снова усваивается четвертым слоем коры, и все повторяется. Точно так же как таламус активирует четвертый слой первичной коры, первичная кора активирует четвертый слой вторичной коры, та активирует четвертый слой третичной коры и так далее39, 40. На каждом уровне передачи сигнала из отдела в отдел происходит одна и та же последовательность событий: определенный набор колонок получает входящий сигнал из предыдущего отдела в свой четвертый слой, передает этот сигнал невозбужденным колонкам-товарищам, подавляет вместе с ними конкурентов и победно отправляет собственный сигнал в четвертый слой следующего отдела. Возникает иерархия возбужденных комбинаций.
Как мы увидели в предыдущей главе, само продвижение информации по цепи синапсов делает ее более обобщенной, а именно это и происходит при продвижении сигнала из одного отдела коры в следующий. Первичный зрительный отдел, например, содержит эквивалент «сырых» изображений в цифровой фотокамере. Колонки вторичного зрительного отдела получают сигналы сразу от нескольких колонок первичного и кодируют, таким образом, их обобщения, как бы «сжатые» файлы в формате jpeg. Отделы еще выше переходят к совсем обобщенной векторной графике, то есть к абстрактным геометрическим свойствам наблюдаемых предметов. Чем выше ступень этой иерархии – тем более общими становятся аспекты реальности, отраженные в активности той или иной колонки. Физически эта «ось абстракции» направлена вперед, от затылка к темени и вискам, а оттуда – к лобным долям. Первичная зрительная кора находится в задней части затылка и кодирует «пиксели». В префронтальной коре, прямо над глазами, представлены самые общие, самые абстрактные аспекты нашей жизни, вроде гуманистической морали или мотивации ходить в спортзал.
Помимо префронтальной коры, есть еще несколько участков мозга, на которых густо сходятся сигналы из всех его уголков и которые, таким образом, представляют собой своеобразные «вершины» абстракции, обобщающие своей активностью целые пласты сенсорной информации. Один из таких «высокоабстрактных» участков можно считать специализированным придатком коры, а можно – отдельной частью мозга, которая с корой тесно сотрудничает. Это гиппокамп, ответственный за запись эпизодической памяти.
Извилина памяти
Что такое эпизодическая память? Это сохраненное состояние коры, то есть все, что было в ней активно в определенный момент времени41–43. Например, состояние коры в тот момент, когда ее обладатель выиграл в лотерею. Поскольку кора устроена иерархически, то на определенном «высоком» уровне абстракции в любой момент времени содержится информация обо всех аспектах этого состояния: зрительных, слуховых, обонятельных, эмоциональных и так далее. Если активировать ту или иную комбинацию нейронов в этом участке высокой абстракции, можно «распаковать» всю остальную активность коры, ему подчиненную. Человек, выигравший в лотерею, долго будет видеть напоминания об этом событии во всем, что хоть как-то с ним связано, и вся комбинация его воспоминаний будет отражена в состоянии какого-то уровня коры на определенном уровне абстракции.
