Мозг млекопитающих – удивительный процессор обработки информации. Миллионы лет эволюционных изменений привели к созданию быстрых, эффективных и чрезвычайно сложных сетевых структур. Нейробиологи пытаются как можно лучше понять эту структуру, которая, по понятным причинам, сложна. Но прогресс неуклонен.
Недавнее исследование показывает, насколько сложным может стать это исследование. Исследователи изучали геометрию активации нейронов в той части мозга, которая запоминает пространственную информацию – области СА1 гиппокампа. Это та часть мозга, в которой находятся нейроны места – те, которые активируются при нахождении в определенном месте. Они хотели узнать, как растут сети перекрывающихся нейронов места, когда крысы исследуют окружающую среду. То, что они обнаружили, не было неожиданным, учитывая предыдущие исследования, но чрезвычайно интересным.
Психологически мы склонны к линейному восприятию информации. Это распространяется и на расстояния. Кажется, что нам нелегко (по крайней мере, интуитивно) оперировать геометрическими или логарифмическими масштабами. Но часто информация имеет геометрическую форму. Когда речь заходит о мозге, информация и физическое пространство взаимосвязаны, поскольку нейронная информация хранится в физическом соединении нейронов друг с другом. Это позволяет нейробиологам взглянуть на то, как мозговые сети физически “соотносятся” со своими функциями.
В настоящем исследовании нейробиологи изучали активность нейронов в определенном месте, когда крысы исследовали окружающую среду. Они обнаружили, что крысы должны были провести минимальное количество времени в определенном месте, прежде чем нейрон “привязывался” к этому месту (активировался в этом месте). По мере того как крысы проводили больше времени в определенном месте, собирая больше информации, количество нейронов места увеличивалось. Однако это увеличение было не линейным, а гиперболическим. Гиперболическим называется отрицательно искривленное пространство, похожее на песочные часы с начальной точкой в центре.
Другой способ представить это в виде дерева решений, где каждый уровень иерархии решений приводит к множеству вариантов. Таким образом, количество вариантов увеличивается с каждым уровнем не от 2 до 3-4 (линейно), а от 2 до 4-8 (геометрически). Аналогично, количество новых локальных нейронов, набираемых в расширяющуюся сеть, определяется размером края расширяющегося пространства, который увеличивается геометрически. Это может быть общим или, по крайней мере, распространенное явление в мозге, поскольку аналогичная геометрия была обнаружена при изучении того, как крысы кодируют обонятельную информацию – геометрическое расширение сети, отображающей “пространство” запаха.
Это означает, что мозг млекопитающих кодирует информацию, по крайней мере, в некоторых функциях, таким образом, который естественным образом допускает геометрическое расширение информации по мере увеличения физических размеров сетей. И в данном случае форма этого расширения является отрицательно изогнутой и, следовательно, гиперболической. Что касается информации о местоположении, объем хранимой информации увеличивался в геометрической прогрессии с увеличением затраченного времени. На самом деле, даже если крысы просто немного медленнее перемещались по местоположению, размер их расширяющейся сети, связанной с этим местоположением, был значительно больше.
Просто с точки зрения теории информации это имеет смысл. В любой сети добавление новых узлов, которые соединяются с несколькими другими узлами, геометрически увеличивает количество новых подключений и возможных путей.
Также интересно поразмыслить о том, как эта функция, лежащая в основе того, как мы кодируем информацию о местоположении, соотносится с нашим субъективным опытом. Что касается меня, то я определенно замечаю существенную разницу в том, насколько хорошо я могу запомнить местоположение, в зависимости от того, сколько времени я там провел. У меня также был опыт, когда местоположение “встало на свои места” – внезапно я точно знаю, где нахожусь, в то время как всего минуту назад я был потерян. Обычно это происходит, когда путешествуешь по довольно знакомому месту, но приезжаешь не с той стороны, с которой обычно.
Кроме того, воспоминания о месте, где я был в детстве, гораздо ярче, чем что-либо из моей взрослой жизни. Я могу наглядно пройтись по территории и по дому моего детства в мельчайших деталях – даже легче, чем по нынешнему дому, в котором я прожил последние 20 лет. На самом деле, дом моего детства – это более частое место, где я вспоминаю сны, чем мой нынешний дом. Психологи обнаружили, что это может быть справедливо в отношении воспоминаний, сформированных в возрасте от 5 до 12 лет, возможно, в результате того, что наш мозг все еще развивается и мы формируем свою основную идентичность. Другие предполагают, что, возможно, именно поэтому так много людей с юности любят музыку и другие аспекты культуры (и почему киноиндустрия так безжалостно эксплуатирует эту ностальгию).
Но, возможно, верно и то, что сетевое дерево ячеек, в котором находится дом моего детства, просто огромно, гораздо обширнее, чем любая подобная сеть, которую я могу создать, став старше. И это увеличение размера связано с геометрическим увеличением объема информации. Возможно, мой мозг просто хранит на порядки больше информации о доме моего детства, чем о каком-либо другом месте. Мне, конечно, так кажется.
