Гиппокамп – вершина всех вершин

Три большие структуры мозга лежат под оболочкой коры головного мозга и связаны с ней. Это базальные ганглии, мозжечок и гиппокамп. Все три структуры возникли раньше, чем кора головного мозга. В очень грубом приближении мы можем утверждать, что базальные ганглии были примитивной двигательной системой, мозжечок изучал точные временные соотношения событий, а гиппокамп сохранял в памяти конкретные события и места. В определенной степени кора головного мозга присвоила себе функции, изначально принадлежавшие им. Например, человек, родившийся без мозжечка, будет страдать от недостатков координации и вынужден будет прилагать более сознательные усилия при передвижении, но в остальном он будет вполне нормальным.

Мы знаем, что кора головного мозга отвечает за все сложные последовательности движений и может непосредственно управлять нашими конечностями. Не то чтобы базальные ганглии не имели никакого значения, просто кора головного мозга узурпировала большую часть моторного контроля. Поэтому я описал общее функционирование коры головного мозга независимо от базальных ганглиев и мозжечка. Некоторые ученые не согласятся с таким моим предположением, тем не менее я использовал его в данной книге и в своей работе вообще.

Но вот гиппокамп – другого поля ягода. Это одна из наиболее изученных зон мозга, потому что она является обязательной для формирования новых запоминаний. Если вы потеряете обе половины гиппокампа (как и многие другие составляющие нервной системы, он присутствует и в левом, и в правом полушариях головного мозга), вы утратите способность запоминать новую информацию. Без гиппокампа вы по-прежнему можете разговаривать, ходить, видеть, слышать и даже казаться нормальным в течение небольшого временного промежутка. На самом деле вам причинен глубокий ущерб, ведь вы не можете запомнить ничего нового. Вы будете помнить друга, которого знали до потери гиппокампа, но не сможете запомнить нового человека. Даже если бы вы стали встречаться с доктором пять раз в неделю на протяжении года, все равно каждый последующий раз для вас был бы как первый. У вас бы не было воспоминаний о событиях, которые произошли после того, как вы утратили гиппокамп.

Долгие годы у меня не было желания заниматься гиппокампом, поскольку для меня в этом было мало смысла. Гиппокамп является важным для процесса обучения, но не является окончательным хранилищем наших знаний. А вот кора головного мозга таковым является. Классический подход к гиппокампу следующий: здесь формируется память о новых событиях, а затем, через дни, недели, месяцы, эта новая информация перемещается в кору головного мозга. Для меня это звучало как бессмыслица. Мы знаем, что зрительные, слуховые и осязательные сигналы, т. е. сенсорный поток данных, поступают прямо в сенсорные зоны коры головного мозга без предварительного прохождения через гиппокамп. Мне казалось, что сенсорная информация автоматически формирует новые запоминания в коре головного мозга. Зачем нужен гиппокамп в процессе обучения? Как может отдельная структура под видом гиппокампа воспрепятствовать обучению или только позднее передать информацию назад, коре головного мозга?

Я решил отложить в сторону гиппокамп, полагая, что однажды его роль прояснится. Так и случилось. Это произошло в конце 2002 года, как раз когда я начал писать эту книгу. Брюно Ольшозен, один из моих коллег из Редвудского института нейрологии, сказал, что связи между гиппокампом и корой головного мозга наводят на мысль о том, что гиппокамп является частью коры головного мозга, а не отдельной структурой. В таком случае гиппокамп расположен на вершине иерархической пирамиды коры головного мозга, это ее самый верхний отдел (см. рис. 6.5). Кора головного мозга появилась на эволюционной сцене, втиснувшись между гиппокампом и остальной частью мозга. Конечно, идея о том, что гиппокамп венчает пирамиду неокортекса, была не нова, но я о ней не знал. Я пообщался с несколькими специалистами в области исследования гиппокампа и попросил их объяснить, как эта структура передает сохраненную информацию в кору головного мозга. Никто мне объяснить не смог. Более того, никто из них не упомянул, что гиппокамп является вершиной пирамиды коры головного мозга, возможно, потому, что гиппокамп не только расположен на вершине корковой пирамиды, но еще и непосредственно связан со многими более старыми частями мозга.

Несмотря на это, я сразу понял, что нашел ключ к решению волновавшей меня задачи.

Вспомните об информационном потоке, поступающем от ваших глаз, ушей, кожи в кору головного мозга. Каждая зона коры головного мозга пытается понять, что означает полученная информация. Каждая зона пытается объяснить входящий сигнал в рамках известных ей последовательностей. Если она понимает входящий сигнал, то говорит: «Мне это понятно. Это часть объекта, который я уже вижу. Подробности передавать дальше не будем». Если зона не понимает его, она передает его без изменений в более высокую зону иерархии коры головного мозга. Так продолжается до тех пор, пока следующая зона не распознает входной сигнал. Если сигнал является абсолютно новым, он будет подниматься все выше и выше по иерархии. Каждая последующая зона скажет: «Я этого не знаю. Я такого не ожидала. Почему бы вам, высшим областям, не взглянуть на это?» Конечным результатом будет то, что в верхней точке пирамиды коры головного мозга появится информация, которую невозможно понять на основе прошлого опыта. Вы сталкиваетесь с совершенно новым сигналом, которого совсем не ожидали. В повседневной жизни мы встречаем очень много самых разнообразных вещей, информация о которых добирается до верхней части пирамиды. Например, заметка в газете, имя человека, которого вы встретили сегодня утром, автомобильная авария, свидетелем которой вы стали по дороге домой. Вот эта необъясненная и неожиданная информация и попадает в гиппокамп и сохраняется там. Но хранится она там не бесконечно. Позже она либо передается в кору головного мозга, либо исчезает.

Я заметил за собой, что с годами мне становится все труднее и труднее запоминать новые вещи. Например, мои дети помнят подробности всех театральных постановок, которые они увидели в прошлом году. Я же не могу этим похвастаться. Возможно, потому, что за всю свою жизнь я увидел такое количество спектаклей, что теперь мне редко попадается что-то на самом деле новое. Новые представления соответствуют воспоминаниям о старых представлениях, возможно, поэтому информация просто не попадает в мой гиппокамп. Если так оно и есть, то приходим к выводу, что, чем больше мы знаем, тем меньше запоминаем.

В отличие от коры головного мозга структура гиппокампа гетерогенная, он состоит из нескольких специализированных отделов. Гиппокамп быстро запоминает любые полученные сигналы. Это его уникальная роль, с которой он отлично справляется. Положение гиппокампа на вершине корковой иерархии оптимально для запоминания новых сигналов. У него также наилучшее положение для того, чтобы вызывать эти запоминания и передавать их на хранение в иерархию коры головного мозга. Правда, последний процесс – весьма небыстрый. Вы можете моментально запомнить свежее событие в гиппокампе, но, для того чтобы сохранить его в коре головного мозга навсегда, вам нужно повторять полученный опыт снова и снова, в реальности или мысленно.

Альтернативный путь вверх по иерархии

У вашей коры головного мозга существует еще один основной способ передачи информации от одной зоны к другой вверх по иерархии. Этот альтернативный путь начинается с клеток слоя 5, проецирующихся в таламус (в его другую область, не в ту, о которой мы упоминали раньше), а затем из таламуса – в следующую корковую зону. Любые две зоны коры головного мозга, непосредственно связанные друг с другом в иерархии, связаны еще и косвенно – через таламус. Во втором случае информация передается только вверх по иерархии, но не вниз. Когда мы движемся вверх в иерархии коры головного мозга, то существует прямой путь – между областями – и путь косвенный – через таламус.

У второго пути есть два режима работы, предопределенные клетками таламуса. Первый режим: путь закрывается и не пропускает информацию. Во втором режиме информация в точности передается от области к области. Этот косвенный путь описали двое ученых, Мюррей Шерман (Нью-Йоркский университет, Стоуни Брук) и Рэй Гиллери (Медицинская школа университета Висконсина). Они полагают, что данный путь может оказаться не менее важным, чем прямой (а может, даже еще более важным, что и было предметом данной главы). У меня есть определенные соображения по поводу того, зачем нужен этот второй путь.

Прочтите это слово: воображение. Большинство людей распознают его с одного взгляда, с одной фиксации. Посмотрите на букву «а» в середине этого слова. Теперь посмотрите на хвостик буквы «а». Ваши глаза могут быть все время зафиксированы на одном и том же месте, но в одном случае вы видите слово, в другом – букву, а в третьем – ее хвостик. Смотрите, не отрываясь, на букву и постарайтесь чередовать ваше восприятие слова, буквы и хвостика. Во всех случаях зона V1 получит одну и ту же входящую информацию, но, когда она доберется до высших зон, таких как IT, например, вы будете воспринимать разные вещи, разные уровни детализации. Зона IT знает, как распознать все три объекта. Она может распознать хвостик буквы сам по себе, букву саму по себе и слово целиком с одного взгляда. Когда вы воспринимаете слово целиком, зоны V4, V2, V1 берут на себя детали объекта, а зона IT «узнает» только слово. Во время чтения мы, как правило, не воспринимаем отдельные буквы. Мы воспринимаем слова и фразы. Но если вам захочется, то вы можете распознавать буквы. Мы смещаем акцент внимания очень часто, хотя практически никогда не отдаем себе в этом отчета. Я могу слышать музыку как фон, почти не осознавая этого, но если я постараюсь, то смогу вычленить мелодию ударных инструментов или бас-гитары. В мой мозг поступает один и тот же звук, но я могу сфокусировать свое восприятие. Всякий раз при расчесывании волос возникает сильный внутренний звук, тем не менее вы обычно не осознаете наличие шума. Сосредоточившись, вы сможете очень хорошо услышать данный звук. Все перечисленное – еще один пример сенсорного входящего сигнала, который, как правило, подлежит обработке в нижних слоях коры головного мозга. Но, если вы приложите сознательное усилие, он может попасть и в высшие зоны.

Я предполагаю, что альтернативный путь через таламус является тем механизмом, который мы используем, концентрируясь на подробностях, которых, как правило, не замечаем. Он пропускает группирование последовательностей в слое 2, посылая необработанные данные в более высокую зону иерархии. Как доказали биологи, альтернативный путь возможно активизировать двумя способами. Первый – сигналом из высшей зоны самой коры головного мозга. Именно его вы использовали, когда я просил вас обратить внимание на подробности, опускаемые в обычных обстоятельствах (например, хвостик буквы «а» или звук при расчесывании волос). Второй способ – мощный неожиданный сигнал снизу. Если входной сигнал достаточно силен, то он посылает сигнал возбуждения в более высокую область, которая «включает» указанный путь. Например, если бы я показал вам лицо и спросил, что это было, вы бы ответили: «Лицо». Если бы я вам опять показал лицо, но со странной меткой на носу, то вы все равно сразу бы опознали лицо. Затем ваши низшие уровни зрительного восприятия заметили бы: что-то не так. Выявленная ошибка вызывает активизацию дорожки повышенного внимания. Подробности будут передаваться альтернативным путем, пропуская группирование, которое происходит в нормальных условиях. Ваше внимание остановится на метке. Теперь вы видите не только лицо, но и метку. Если она выглядит достаточно необычно, то может полностью завладеть вашим вниманием.

Так необычные события быстро попадают в зону нашего внимания. Именно поэтому нам очень трудно не обращать внимания на физические изъяны или какие-либо необычные сигналы. Наш мозг делает это автоматически. Однако очень часто сообщения об ошибке оказываются недостаточно сильными для того, чтобы открыть альтернативный путь. Поэтому иногда мы не замечаем орфографических ошибок в словах, которые читаем.