Чтение онлайн

На эту систему передачи информации, уже достаточно сложную, накладываются нейронные колебания, или нейронные осцилляции, более известные как мозговые ритмы.

Эти колебания имеют регулярный характер и разную частоту (измеряемую в герцах, то есть в количестве колебаний в секунду) и возникают в разных областях мозга, в зависимости от его активности, то есть в границах от глубокого сна до крайнего возбуждения. Эти осцилляции были открыты в 90-х годах прошлого века благодаря появлению такого прибора, как энцефалограф.

Передача информации по нейронной сети дублируется параллельной системой контроля прохождения сигнала. Параллельная система работает как цифровая (сигнал может быть только двух видов – «вкл» или «выкл», то есть «да» или «нет»), не использует аксоны для передачи сигнала на далекое расстояние и действует в основном между соседними нейронами, эти самые да/нет передаются от сомы к соме. В этой системе задействованы только нервные узлы или группы специализированных нейронов. Таким образом, получается, что на пути прохождения нервного сигнала нейроны соединяются через синапсы не только посредством химических реакций, но и через электрические импульсы.

Мозг похож на парк, в котором играют многочисленные оркестры, но вот беда – каждый свою мелодию, и поэтому эти оркестры надо как-то синхронизировать. Параллельная электрическая система и служит как раз синхронизатором для многочисленных оркестров, состоящих из музыкантов-нейронов. Эти синхронизирующие импульсы и образуют мозговые ритмы.

Вначале, после открытия этого феномена, ритмы исследовали как одно из свойств механизма сна [см. стр. 105]. Сегодня ученые уже знают, что мозговые ритмы, или, как их еще называют, церебральные волны, играют ключевую роль в процессе передачи нервных импульсов, при реализации человеком когнитивных функций, формировании поведенческих моделей. Волны не только позволяют синхронизировать или развести во времени концерты, исполняемые разными группами нейронов: они чрезвычайно важны и для других процессов в мозге. Церебральные волны, скорее всего, могли бы многое поведать о загадках сознания [см. стр. 144], но пока ученые еще не собрали достаточного количества фактов об этом явлении.

Дендриты (название происходит от греческого слова dendron – «дерево») формируют что-то вроде чудовищно тесного, забитого перекрещивающимися ветками леса. Лес состоит из миллиардов деревьев с сотнями миллиардов веток и тысячами миллиардов листьев. Все ветки и листья перекрещиваются между собой, соединяясь таким образом, чтобы сигнал, бегущий по ним, мог в мгновение ока попасть из одного края леса в другой. Это настоящий зачарованный лес – он поразительно красив и умеет делать разные невероятные колдовские штуки.

Дендриты – это разветвленные отростки нейронов, нервных клеток. Они протягивают свои ветки-щупальца в самых разных направлениях, в зависимости от функции клетки, и на самом деле напоминают деревья, от которых получили свое название – выглядят то как сосна или дуб, а то как могучий баобаб или секвойя.

У нервных отростков, как у деревьев, есть и «листья», названные учеными шипиками [4] . Точно так же, как листья на дереве работают приемниками солнечного света для фотосинтеза, дендриты и их шипики впитывают информацию, приходящую от терминалей-передатчиков других нейронов (следует отметить, что, однако, не все типы нейронов обладают отростками-дендритами с шипиками).

Как и в лесу, нейронные ветки и листья дендритов не остаются в покое ни на мгновение. Только в последнее десятилетие была доказана ключевая роль дендритов в феномене «пластичности мозга», то есть способности адаптировать нейронные связи к сигналам, получаемым из внешнего мира [см. стр. 87].

Способность к обучению и память зависят не только от мощности (или слабости) синаптических контактов, но и от способности мозга выращивать новые дендриты и новые шипики и их готовности к адаптации [см. стр. 179, 83].

Пластичность мозга не является абстрактной функцией: мозг меняется физически, в нем отрастают новые ветки и листья дендритов и отсыхают старые, происходят постоянно процессы, не останавливающиеся никогда ни в одном из лесов мира, где бы они ни располагались – в наружном мире или в нашем мозге.

Сома по сути является центром управления нейроном и представляет собой основное тело нервной клетки, из которого вырастают дендриты и аксоны. Тело производит энергию, необходимую для работы нейрона, следит за ростом отдельных своих частей и их соединяет в общее целое. Сома состоит из внешней мембраны, состоящей из молекул жира и аминокислот, которые защищают нейрон от воздействия внешней среды.

Внутри клетки таятся сложнейшие специализированные механизмы, такие как ядро клетки, служащее и архивом информации, и фабрикой по производству РНК. В ядре сохраняется молекула ДНК, на которой записана вся информация, необходимая для создания важных для выживания организма белков, и там же развернуто производство РНК, из которой они и производятся.

Как и в любой другой клетке тела, в соме нейрона действуют митохондрии, которые превращают кислород и глюкозу в топливо, АТФ (аденозинтрифосфат). В нейронах митохондрии особенно мощные и многочисленные: никакая другая клетка не обладает таким завидным аппетитом, как нейрон [см. стр. 101].

Дендритов, служащих приемниками информации, у нейрона много, а аксон – один. Всякая нервная клетка обладает только одним-единственным выходом, путем передачи информации соседям.

Дендриты ветвятся в окрестностях сомы, в радиусе нескольких микрон, аксон же может протянуться на десятки сантиметров; в масштабах клетки это невообразимое, космическое расстояние. Дендриты по мере удаления от сомы делаются все тоньше, в точности как ветки настоящих деревьев; но аксон сохраняет свой диаметр неизменным, чтобы только на самом конце распасться на множество крошечных передатчиков для осуществления синаптической связи со множеством иных нейронов. Эти передатчики называются терминалями аксона.

Между терминалями-приемниками и терминалями-передатчиками нейрона есть еще одна существенная разница: химический сигнал, поступающий через дендриты, может быть сильным или слабым или любым промежуточным между этими пределами – электрический же импульс, проходящий через аксон, может только быть или не быть, «вкл» или «выкл». Проводя аналогию с миром компьютеров, можно сказать, что дендриты являются типичным примером аналогового устройства, в то время как аксоны – цифрового.

Аксоны должны не просто пересылать информацию на огромные по клеточным меркам расстояния, но и делать это максимально быстро. В экстремальных случаях скорость достигает 720 км в час, то есть 200 метров в секунду. Скорость передачи информации зависит не только от диаметра аксона, но и от толщины миелиновой оболочки, защищающей сигнал от внешних помех. Интенсивность использования конкретного аксона мозгом напрямую зависит от количества миелина на нем [см. стр. 179]. Если сравнивать аксон с автострадой, по которой мчат автомобили, то получается как бы обратная картина: чем больше машин проедет по дороге, тем скорее она придет в негодность; аксон же от многократного использования, наоборот, обрастает жирком.

Формирование аксона начинается с небольшого сжатия клеточной сомы – образуется конус роста аксона. В нем находится нечто вроде микроскопического вычислительного центра, совершающего сложение и вычитание: как только результат вычислений переходит некий порог [см. стр. 36], нейрон выстреливает, посылая сигнал к действию. Электрический потенциал клеточной мембраны за тысячные доли секунды резко возрастает: это похоже на стрельбу из пулемета. В секунду подобных событий происходит десятки и даже сотни.