уть быстрее, чем второго.) Однако постулаты данной теории едва ли применимы к восприятию интервалов, длительность которых исчисляется в секундах и минутах. Последние несколько лет Мэтелл принимает участие в разработке новой теории, рассматривающей нейросеть не как телефонную линию, а скорее как симфонию.
В 1995 году, закончив Университет штата Огайо, Мэтелл решил проходить докторантуру в Дьюкском университете. Его научным руководителем стал специалист по нейробиологии поведения Уоррен Мек, прибывший в университет из Колумбии годом ранее с намерением разобраться в нейробиологическом основании таймирования. К настоящему времени Мек подготовил две подборки данных, отчасти прояснивших суть вопроса. Первая подборка, подводящая итоги серии опытов на крысах и людях, обнаруживает, что можно создать ощущение ускорения или замедления хода времени, меняя уровень дофамина в структурах мозга. Вторая сводка, содержащая данные, полученные в результате опытов на крысах и в ходе наблюдения пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, концентрировалась на системах межнейронных связей: в случае повреждения или (у подопытных крыс) разрушения и хирургического удаления определенной области мозга, которая называется полосатым телом, индивидуум утрачивает способность к выполнению стандартных задач по расчету времени. Вскоре после прибытия Мэтелла Мек вручил своему подопечному обе сводки данных.
«Он отдал мне свои бумаги и сказал: „Ваша задача заключается в том, чтобы выяснить, как все это работает в мозге“, – поведал мне Мэтелл. – Не думаю, что он действительно надеялся получить ответ. Но я углубился в чтение научных трудов, отдавая предпочтение литературе по нейробиологии, а не по психологии».
ДАЖЕ В МАСШТАБЕ КЛЕТОК ВРЕМЯ, ИЗМЕРЯЕМОЕ КОЛИЧЕСТВОМ ИМПУЛЬСОВ, ПРИНЯТЫХ ЗА ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ, ПО-ПРЕЖНЕМУ ИГРАЕТ ВАЖНУЮ РОЛЬ
Не прекращая говорить, Мэтелл показал мне свою лабораторию и экспериментальную установку для крыс. Каждому грызуну отводилась отдельная пластиковая клетка объемом примерно с кубический фут[58]. В каждой клетке помещался миниатюрный репродуктор, из которого порой доносился произвольно выбранный звуковой тон, также был кормопровод для гранулированного корма и три отверстия, в которые крыса могла бы просунуть мордочку. «Дыры лучше рычагов, потому что крысы любят совать повсюду свои носы», – пояснил Мэтелл. С помощью своей установки ученый обучил крыс различать временные интервалы, длительность которых он устанавливал сам. К примеру, если крыса совала нос в одну из дыр (действия грызунов фиксировались инфракрасным лучом, сканирующим каждое отверстие), тридцать секунд спустя она получала вознаграждение – одну гранулу корма. Если животное проявляло нетерпение и совалось в нору до истечения тридцати секунд, ничего не происходило; чтобы преуспеть, крысе требовалось не только сунуть морду в дырку, но и выждать нужное количество времени, запоминая длительность промежутка времени, по истечении которого можно было снова сунуть нос в дыру. В 2007 году группа исследователей из Университета штата Джорджия установила, что шимпанзе лучше справлялись с заданиями, требующими тридцатисекундного ожидания пищевого подкрепления в виде конфеты, если им предоставляли возможность отвлечься от процесса ожидания – поиграть с игрушками или полистать выпуски журналов National Geographic и Entertainment Weekly. Крысы Мэтелла коротают время, ухаживая за шерстью и принюхиваясь. «Будь они людьми, они бы, наверное, вытащили смартфоны и принялись бороздить интернет», – предположил Мэтелл.
Когда животное запомнит длительность определенного интервала, Мэтелл может попытаться разрушить это знание. В некоторых экспериментах он дает крысе наркотик – возможно, он произведет микроинъекцию удельной дозы амфетамина в какой-нибудь участок мозга, намереваясь проследить, как ускорится или замедлится ощущение времени у животного впоследствии, и заодно выяснить, какие нейронные образования будут при этом задействованы. Также он волен нанести повреждение той или иной мозговой структуре или вовсе разрушить ее, чтобы определить, как изменится восприятие длительности времени у прооперированной крысы. Тонкая манипуляция требует чрезвычайной осторожности, так как легко допустить ошибку; обычно скальпель целит в микроскопический участок ствола головного мозга, который называется компактной частью черного вещества; у крыс его размер не больше пули для духового ружья. «Как и у людей, мозг у крыс устроен по-разному, – утверждает Мэтелл. – В сущности, вы производите слабый выстрел в темноту». Ученый показал мне огромную книгу под названием «Атлас карт головного мозга». На всех страницах поочередно демонстрировались срезы мозга крысы в масштабах до миллиметра, похожие на цветную капусту, препарированную по всем канонам учебника анатомии Генри Грея. По словам Мэтелла, по окончании эксперимента животное подвергают эвтаназии, после чего изымают мозг и изготавливают из него тонкие срезы, которые затем помещают на предметные стекла и просматривают под микроскопом, отмечая возможные отличия от иллюстраций в книге. «Таким образом, мы можем сказать: „Мы метили в такую-то структуру мозга, но куда мы в действительности попали?“»
Существуют и другие методы исследования механизмов обучения крыс определению длительности временных отрезков: в мозг животного имплантируют электроды и ведут учет активности нейронов в то время, когда крыса выполняет задачи таймирования. От экспериментатора требуется ювелирная работа. Мэтелл продемонстрировал мне конструкцию, напоминавшую фибровый меч длиной около двух с половиной сантиметров: небольшая металлическая платформа служила ему эфесом, а от нее расходились по сторонам восемь коротких проводов с электродами на концах. Используя атлас мозга в качестве путеводителя, Мэтелл или студент выпускного курса осторожно вставляет электроды в мозг крысы; провода при этом подключены к кабелю, идущему к верхней части экспериментальной камеры и к записывающему устройству, так что крыса может передвигаться в клетке относительно свободно. При этом регистрируется время появления всех пиков нервной деятельности, и впоследствии они могут быть сопоставлены с поведением крысы.
«Вы как будто взяли микрофон и установили его в комнате, битком набитой людьми, – пояснил Мэтелл. – Только вместо людей у вас нейроны. До вас доносятся самые разнообразные звуки; все нейроны звучат по-разному в зависимости от размера клетки и ее расстояния до электрода».
В какой-то момент Мэтелл остановился у металлического шкафа, извлек оттуда пластмассовый макет человеческого мозга, поставил на стол и начал разбирать его, отделив правое полушарие коры от левого. Внутри, на самом верху ствола головного мозга, торчало мозолистое тело – образование, похожее на сплюснутую поганку, представляющее собой узел нервных волокон, которое выполняет функции сообщения двух полушарий. Затем Мэтелл указал на желудочки – два образования в форме вилочковой кости, помещавшиеся внутри каждого полушария, мешочки, заполненные жидкостью, которые, помимо прочего, обеспечивают амортизацию головного мозга. «Мозг погружен в жидкость и окружен жидкостью, – сообщил ученый. – Желудочки функционируют по принципу амортизационной системы яиц». Под мозолистым телом располагались гиппокамп и амигдала – составные части лимбической системы, где обитают эмоции и память, а также таламус, базальные ганглии и другие подкорковые структуры.
Как представители вида, наделенного способностью мыслить, мы привыкли считать, что главная задача мозга состоит в содействии мыслительному процессу. Хотя мозг играет центральную роль в реализации задачи, в конечном итоге его функции заключаются в том, чтобы помогать нам в прогнозировании будущего, передвигаться в пространстве и выбирать наилучшие телодвижения сообразно ситуации, с которой сталкивается наш организм в данный момент. Для достижения поставленной цели требуется четко определить, какие движения нужно сделать, а для этого, в свою очередь, необходимо сперва собрать достоверные данные о текущей ситуации, и в частности о том, как развиваются события – к каким результатам привели ранее произведенные движения и как изменилось положение дел – к лучшему или к худшему. По этой причине собранная информация циркулирует по мозгу на манер мертвой петли. Сенсорные данные поступают в мозг от глаз, ушей и спинного мозга, затем проходят через отдаленные участки таламуса перед тем, как импульсы начнут распространяться в сенсорных областях коры: к первичной зрительной коре в затылочной доле в заднем отделе мозга, к первичным слуховым зонам коры в обеих височных долях и к соматосенсорной коре в теменной доле, расположенной над затылком. С этого момента потоки сливаются и направляются вниз, к лимбической системе и лобной доле большого мозга. Вентральный кортикоспинальный тракт, который иногда называют путем «что», обеспечивает распознавание природы раздражителя безотносительно его значимости. Что это – пирог или змея? После идентификации раздражителя информация поступает в лимбическую систему, в состав которой входят амигдала и гиппокамп. Лимбическая система оценивает полученные сведения на предмет значимости (насколько сильно вам хочется отведать пирога?) и фиксирует их, если информация сочтена достойной запоминания. Затем данные перемещаются в лобный отдел коры, которая просчитывает возможные решения (когда съесть пирог – перед выполнением домашнего задания или потом?) и расставляет приоритеты, отодвигая на задний план менее значимую информацию, к примеру о недавнем решении сесть на диету. С этого момента импульс отправляется в промоторные и моторные зоны коры, инициирующие моторный ответ, которые локализованы рядом с сенсорными зонами в верхней части мозга.
КАЖДЫЙ НЕЙРОН НАСТРОЕН НА ОПРЕДЕЛЕННУЮ ВОЛНУ. НЕРВНАЯ КЛЕТКА ВЫСТУПАЕТ ДЕТЕКТОРОМ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА, КОТОРЫЙ УЛАВЛИВАЕТ НЕКОТОРОЕ ИЗОЛИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ
Примерно на середине пути находится важная область базальных ганглиев – конгломерат различных структур, включающий полосатое тело (стриатум) и компактную часть черного вещества; нервные импульсы входят в полосатое тело, которое на иллюстрациях в учебнике изображается в виде образования спиральной формы, отчасти напоминающего раковину телефонной трубки. На базальные ганглии возложены функции рационализаторского отдела головного мозга. Если при виде куска пирога моя стандартная реакция заключается в том, чтобы его немедленно съесть, мой мозг вскоре обнаруживает, что можно не петлять по пути «что», раз за разом повторяя стандартную схему действий: идентифицировать пирог как объект желания, решить, стоит ли его есть, а затем схватить и съесть кусок пирога, – а прямо перейти к делу. Распознавая конкретные контуры возбуждения среди нейронов коры головного мозга, базальные ганглии могут предоставить мне желаемое быстрее и заодно освободить архитектуру нейросети для восприятия новых раздражителей. Базальные ганглии отвечают за автоматизацию приобретаемых навыков и формирование привычек и зависимостей.