Астерикс и Обеликс в коре головного мозга

При выполнении какого-либо действия головной мозг поступает подобно Астериксу и Обеликсу. План имеют командные нейроны, умные нервные клетки по типу Астерикса в премоторном кортексе. Конкретное исполнение осуществляется через двигательные нейроны, нервные клетки по типу Обеликса соседнего моторного кортекса, отдающие мышцам команду выполнения действия. Исследования процессов действий показывают, что командные нейроны выстреливают свои биоэлектрические сигналы, прежде чем начинают действовать двигательные нейроны. Разница во времени между планом Астерикса и осуществленным Обеликсом действием составляет от 100 до 200 миллисекунд, то есть от одной до двух десятых долей секунды.[6]

И все же не все свои идеи Астерикс заставлял Обеликса воплощать в жизнь. То же самое происходит и у командных нейронов. Двигательные нейроны. могут, правда, совершать целенаправленных действий самостоятельно, без команды нервных клеток, которые управляют действиями, но, с другой стороны, активность командных нейронов не обязательно каждый раз ведет к фактической активизации двигательных нейронов. Дело может ограничиться простым представлением или размышлением о действии. То, что кодируют командные нейроны, может, таким образом, остаться только мыслью о действии. Тем не менее, справедливо следующее: действия, о которых было много раздумий, имеют большие шансы на осуществление, чем те, которые раньше не существовали хотя бы в виде идеи. Это можно доказать экспериментально. Какое значение это обстоятельство имеет для вопроса свободы воли, будет рассмотрено в главе 11.

Открытие зеркальных нервных клеток

Джакомо Риззолатти (Giacomo Rizzolatti), директор Института физиологии Пармского университета, не только сам отличается очарованием итальянского Альберта Эйнштейна, также очень привлекательны и сделанные им открытия. Встреча с ним, состоявшаяся некоторое время тому назад, произвела на меня глубокое впечатление. Я встретился с человеком ясного ума, способного к быстрым ассоциациям, с человеком, который осознал, что значение результатов его исследований выходит далеко за пределы его специальности. Вместе со своими сотрудниками он уже давно занимается изучением вопросов о том, как мозг управляет планированием и выполнением целенаправленных действий. Поэтому неудивительно, что умные командные нейроны типа Астерикса уже почти 20 лет являются темой его научных исследований. В 1980-х годах он начал проводить эксперименты с обезьянами. Позднее, в конце 1990-х годов, на основании схожести головного мозга обезьян и людей, Риззолатти распространил сферу своих исследований и на человека. Результаты, полученные при исследовании людей, оказались идентичными результатам исследований обезьян. В 1996 году, исследуя мозг обезьян, он сделал следующее наблюдение. Множество командных нейронов животных были под наркозом подсоединены к очень чувствительным измерительным датчикам. Когда животные проснулись после наркоза, то без каких-либо дополнительных воздействий на нервные клетки удалось точно зарегистрировать, когда и с какой частотой они посылали свои сигналы. Таким образом, ученые смогли идентифицировать отдельные командные нейроны и соотнести их с конкретными действиями. Каждая из этих нервных клеток подавала сигнал тогда, и только тогда, когда обезьяна выполняла определенное действие.

Звездой в этом ансамбле исследованных клеток оказалась нервная клетка по типу Астерикса, управляющая действиями, которая подавала сигнал тогда — и только тогда, когда обезьяна тянулась лапой к ореху, лежащему на столе[7]. У этой клетки имеется план выполнения именно этого действия, и никакого больше. Ни при взгляде на орех, ни при каких-либо иных хватательных движениях лапы, то есть без ореха, эта клетка не проявляла никакой активности. О том, что это действительно был план действий, закодированный в этой клетке, а, например, не вид ореха, свидетельствует следующий вариант этого эксперимента: нервная клетка посылала сигнал и в тех случаях, когда обезьяна была вынуждена хватать орех в полной темноте, после того как его показали ей при свете. Риззолатти идентифицировал у животного командный нейрон, который кодировал план акции «хватание ореха, лежащего на поверхности». Каждый раз, когда обезьяна выполняла это действие, акция начиналась с биоэлектрического сигнала этой нервной клетки. Но это еще не все. Ученые заметили еще удивительное, а именно: эта нервная клетка активизировалась и тогда, когда обезьяна наблюдала, как кто-либо другой брал орех с подноса. Легко понять, что это означало. Это наблюдение произвело сенсацию в нейробиологии.

Сенсация состояла в своеобразном нейробиологическом резонансе.[8]Наблюдение за действием, производимым другим существом, активизировало у наблюдателя, в данном случае у обезьяны, собственную нейробиологическую программу, а именно как раз ту программу, которая могла бы привести у нее к выполнению того же действия. Нервные клетки, которые способны реализовать в собственном организме определенную программу, но которые также активизируются сами при наблюдении или ином способе сопереживания выполнения этой программы другим индивидом, называются зеркальными нейронами.[9]

Однако зеркальные нейроны могут быть приведены в резонанс не только в результате наблюдений за действиями, производимыми другими лицами. Такой же эффект вызывают звуки, типичные для производимого действия. Если в описанном эксперименте орехи будут завернуты в бумагу, шелестящую при развертывании. то этого звука будет достаточно для активизации у обезьяны соответствующих зеркальных нейронов, управляющих действиями. Человеку достаточно услышать разговор о каком-то действии, чтобы привести в резонанс зеркальные нейроны. Вывод: не только наблюдения, но и любые восприятия процесса, выполняемого другими, могут активизировать зеркальные нейроны в головном мозге наблюдателя.

Явление зеркального отражения можно продемонстрировать и на примере человека. Для этой цели используются методы нейровизуализации, с помощью которых можно получить изображения срезов головного мозга без вмешательства в организм исследуемого человека. Эти методы позволяют получать изображения активных нейрональных сетей в определенный момент времени или в определенной ситуации. В настоящее время одним из наиболее часто используемых методов является функциональная ЯМР-томография.[10]Испытуемый помещается в камеру, в которой могут быть установлены небольшой монитор и устройство ручного управления, например джойстик, а также микрофон и наушники, поэтому испытуемые имеют акустический контакт с внешним миром, и их могут подвергать различным экспериментальным процедурам. ЯМР-томограф дает цветные изображения активизирующихся при этих процедурах областей исследуемого головного мозга. С помощью таких методов, как ЯМР-томография, можно доказать явления зеркального отражения. У людей, наблюдающих за действиями других, активизируются сети их собственных командных нейронов. У них появляется резонанс именно в тех нейрональных сетях, которые активизировались бы в том случае, если бы испытуемые сами выполняли соответствующее действие.

Относительно людей можно сделать и некоторые другие наблюдения, которые невозможно получить с обезьянами, так как они не понимают наших указаний. Управляющие действиями нервные клетки активизируются не только при наблюдении за действиями других. Они подают сигналы и тогда, когда испытуемого просят представить себе соответствующее действие. Но самый сильный сигнал исходит от них в тех случаях, когда человека просят синхронно воспроизвести наблюдаемое действие. Зеркальные нейроны премоторной системы, управляющей действиями, находятся у человека в той же области головного мозга, в которой расположены и нервные клетки, отвечающие за генерацию речи. А что, если язык состоит не из чего иного, как из представлений о программах действий?

Зеркальные нервные клетки: