Інтерв’ю з лауреатом премії «Мозок» Дьєрді Бузсакі (Інститут нейронауки, Нью-Йорк)

Наш мозок справді чистий аркуш, заповнений вхідною інформацією, чи ми пасивно не чекаємо подій? Як ми вчимося рухати тілом? Яка роль гіпокампу у всьому цьому? Ми поцікавились у Дьєрдя Бузсакі, наукового співробітника Інституту нейронаук Нью-Йоркського університету, лауреата першої премії «Мозок», про його дослідження у зв’язку з його презентацією на конференції Угорського товариства нейронаук.

мозку

- Сьогодні когнітивна неврологія базується на психологічній спадщині, а психологічний підхід - на філософії. Арістотель висловився дві тисячі років тому, що існує, наприклад, емоція, спонукання або просто пам’ять, яку ми адаптували по черзі. Пізніше Юм і Лок, мислителі емпіризму, заявили, що досвід є основою всього. Ця філософія також чітко відображена в павловській парадигмі. Наші предки вірили, що мозок - це пасивний орган прийому, спостереження, який асоціює та асоціює вхідні подразники в часі. Девід Хубель і Торстен Візель, які отримали Нобелівську премію за свою роботу, також наслідували їх приклад. Було показано, що в зоровій системі є нейрони, чутливі до орієнтації, яскравості та меж, які встановлюють основні функції зору.

Ця робоча модель пасивного сприйняття існує десятки років, хоча стає все більш зрозумілим, що сприйняття зображення - це набагато більше, ніж взаємозв'язок ліній між собою. Це не зменшує достоїнств наших попередників, оскільки ми ще не розуміли багато з того, що знаємо зараз. Ми знаємо, що складна система не може бути просто реконструйована за допомогою зіставлення елементів.

Але якими б великими мислителями у нас не було, як би заздалегідь знати, які типи функцій знаходяться в мозку? І навпаки, нам потрібно поставити запитання: як класифікують світ функції, що існують у мозку? За допомогою моєї дослідницької групи ми намагаємося зрозуміти та систематизувати когнітивні функції зсередини.

Динаміка мозку не створюється досвідом. Підключення та зв’язок між нейронами працює без цього, як ми бачимо, наприклад, у ізольованих нейронних мережах. Потім вже існуюча система переставляється поетапно, оскільки мозок приводить в дію органи чуття тіла. Наш мозок - це аж ніяк не tabula rasa, таблетка повна, але ці існуючі схеми не мають концепції для мозку, доки ми не надамо певного значення кожному з них. Це свого роду згода між існуючими моделями мозку та світом.

У нас є багато еволюційно присутніх моделей, таких як рефлекс колінної чашечки. Що стосується пам'яті, ми знаємо, що гіпокамп дає сотні тисяч зразків, навіть коли ми не вчимось. Лише частина цього безлічі шаблонів набуває певного значення для себе, а саме те, що дія, до якої він стосується, буде наслідком. Це може бути позитивним чи негативним підтвердженням для організму, що створює дії.

Уявіть собі гіпотетично ізольований мозок. Цей мозок, ймовірно, зазнає приблизно тих самих змін, що й у моєму мозку. Наприклад, режими неспання та сну чергуються, і між структурами відбувається «обмін інформацією». Це навіть не має сенсу. Давайте підемо на крок далі і тепер візьмемо ще один гіпотетичний ізольований мозок, до якого всі сенсорні системи забезпечують вхід, але цей мозок не може виробляти результат. В принципі, цей мозок буде функціонувати як павловський, можливо, навіть може бути створена асоціація між двома стимулами, проте він не буде функціонувати. Інформація стає інформацією, коли ми можемо з неї щось розпочати. Однією з найважливіших якостей мозку є те, що він може передбачати майбутнє, відповідно створює дію, перевіряє свій прогноз. Якщо це спрацювало добре, це виправить.

- Це припущення можна якось перевірити?

- Раніше ми з моєю дослідницькою групою розглядали, яка перша організована картина в нервовій системі. Моніторинг картини мозку новонароджених щурів проводився. Про них слід знати, що вони народжуються сліпими, глухими та нерухомими. Першим мозковим малюнком, який розвивається, є сигнал ЕЕГ, який називається "веретено" через його форму. Протягом декількох секунд у мозку новонародженої щури немає активності, потім одразу з’являється веретено, а потім знову немає сигналу.

Ми спостерігали, що веретено утворюється, коли одна з м’язів тварини рухається активно або пасивно. Залежно від того, чим ви рухаєтеся: носком, носом, головою, веретено з’являється в різних відповідних їм областях мозку. На цій ранній стадії ще немає зв’язків між проекціями мозку, що представляють схему тіла. Це може означати, що мозок не уявляє, чи є наше тіло м’ячем чи змією. Потрібно навчитися дивитись, яка частина нашого тіла пов’язана з якою іншою і наскільки нам потрібно рухати руками, щоб дістати до носа. Тоді нам доводиться цьому вчитися знову щодня, тому що тим часом ми постійно зростаємо, і те, що раніше було десять дюймів, за кілька тижнів буде п’ятнадцятьма.

Щоб дізнатися все це, нам потрібно рухатися. М'язи призначаються скелету, тому ступінь свободи знижується. Пари м’язів-агоністів і антагоністів, такі як м’язи-розгиначі та згиначі в плечі, рухаються одночасно в часі: якщо я навмисно рухаю м’яз-розгинач надпліччя, згинач буде пасивно розтягуватися. Співпрацюючі м’язи одночасно активують уявлення про відповідні ділянки мозку, і саме цей збіг у часі створює міцніші зв’язки між взаємодіючими нейронами. Коли ці зв’язки формуються, схеми мозку також переставляються. Діяльність мозку стає безперервною, і веретено більше не з’являється в неспанні. Але воно не зникає, а «інтерналізується» (стає внутрішнім), тобто з’являється саме тоді, коли руху немає, тобто під час сну.

- Ви вже згадували, що наш гіпокампу «виробляє» багато зразків, і деякі з них важливі, інші менше. Як це працює?

- Гіпокамп працює цілодобово, а не лише тоді, коли його «стимулюють». Він охоронне око, камера на стоянці, яка знімає все, але не передає нічого цікавого, поки нашу машину не викрадуть. Він постійно картографує події в мозку та із зовнішнього світу, і коли трапляється щось нове чи несподіване, він вирішує, чи варто це зазначати чи ні. Чудова річ епізодичної пам’яті полягає в тому, що їй можна навчити за допомогою однієї асоціації. Хоча їзду на велосипеді доводиться повторювати тисячу разів до того часу, коли ми вчимось, наш досвід на все життя відразу згадується, хоча це траплялося лише один раз.

Гіпокампу підсвідомо розігрує фрагменти подій знову і знову, поки ми спимо. Знову і знову з’являється суперсинхронний малюнок, який ми називали «крутою хвилею». Цей упакований часом пакет інформації, який триває близько десятої секунди, виділяється на задньому плані, як казанний барабан у Карміні Бурані. Те, що ми відзначимо, залежить від значимості події. Наприклад, емоційна обставина є значною, як і той факт, що ми можемо пов’язати це з попередньою інформацією. Отже, мозок - це не порожній аркуш, який чекає подій, а постійно створює можливості.

- Нарешті, трохи більш особисте запитання: чому ви обрали неврологію своєю професією?

- Коли я був студентом другого курсу медицини, лекції Ендре Грастіана були вражаючими. Після першого дня його прослуховування я відчув, яким буде моє майбутнє. Він став моїм господарем і одним з найкращих друзів.