Одинокий нейрон

Возьмите видение. В задней части нашей сетчатки находится сложная цепь, из фоторецепторов, которые пинг, когда фотон поражает их, которые щекочут несколько слоев нейронов в жизнь, которые затем выплевывают свой сигнал в остальную часть мозга (проводятся назад, с нейронами сидя перед фоторецепторами, например, пытаясь посмотреть телевизор с проводом, висящим перед экраном). Сразу же сигнал расщепляется, некоторые поднимаются до первой «визуальной» коры, некоторые до мозга. С этих первых станций пути сигнал движется вперед, глубже в кору, глубже в мозг. Когда мы берем с вашей сетчатки вперед, мы двигаемся глубоко в ваш мозг, от нейрона до нейрона до нейрона.

Подойдите к телефону. Ваши мышцы рук и плеч по-разному сокращаются и расслабляются, чтобы вытащить руку из того места, где находится ваш телефон. Нейроны в спинном мозге соединяются непосредственно с этими мышцами; стрельба этих нейронов сжимает мышцы. За этими нейронами находятся другие нейроны в вашем спинном мозге; далее позади них, нейроны в вашем мозговом стволе и моторной коре. Когда мы отступаем от мышц, мы двигаемся вверх и через ваш мозг от нейрона до нейрона к нейрону.

И где-то мы попадаем в одинокие нейроны. Нейроны больше всего продвигаются от чувств; большинство шагов назад от мышц. Но они связаны с ними. Для них всех, в конце концов. Разве это не означает, что мы обнаруживаем, что деятельность одиноких нейронов связана с, ну, все?

Да. Самые одинокие нейроны вполне могут находиться где-то в самом темном углу префронтальной коры — скажем, в инфралимбике — много шагов удалены из областей коры, которые получают непосредственный вход от чувств или разговаривают с нейронами в спинном мозге. Тем не менее, нейронная активность в префронтальной коре, похоже, знает обо всем. Нейроны могут изменить свою деятельность в соответствии с прошлым (памятью) и будущим (предстоящие решения); к цвету и движению объектов в мире; где животное сейчас. Некоторые, возможно, большинство из нейронов в префронтальной коре даже реагируют на комбинации этих вещей.

Или одинокие нейроны вполне могут находиться в наклонно-неясном глобусе pallidus — бледном глобусе нейронов, заправленных под стриатум, доходящих до их тяжестей во всех других ядрах базальных ганглиев. Далеко, далеки от чувств и движения. Тем не менее, нейроны здесь имеют различную активность в зависимости от того, как движется рука; и реагировать по-разному, когда вознаграждение доставляется, когда это не так.

Где бы они ни находились, когда мы регистрируем активность у одиноких нейронов, мы действительно видим, что они реагируют как на сенсорные, так и на моторные события как на прошлое, так и на будущее.

На первый взгляд, самые одинокие нейроны хорошо вписываются в нашу древнюю идею о том, что ваш мозг разделен примерно на три части: сенсорные системы, которые вводят информацию; двигательные системы, которые заставляют вещи происходить; и «ассоциации», вставляя их вместе. Вид мировоззрения мы преподаем медикам в их классах нейроанатомии. (Экзаменатор переходит в театр анатомии и приклеивает маленький флаг в случайном кусочке маринованного серого вещества, крутится вокруг и лает на класс: «что это такое и что он делает?» Класс пробормотал что-то о моторной коре и Фактический ответ: у нас меньше идеи, чем у чайника об исчислении, но медикам не разрешено это признавать).

Но одинокий нейрон говорит нам, что это разделение глубоко ошибочно. На этот раз мы переходим в собственно мозг, вдали от чувств и их особых нейронов, нет никакого нейрона, который не связан в конечном счете со всеми другими. Мы можем взять любой нейрон наугад, и после прыжков соединений от этого нейрона к следующему и к следующему и дальше, когда-либо вперед, мы можем оказаться в любом другом нейроне в мозге. Мы можем проследить путь от любого смысла до любого нейрона; от любого нейрона до любой мышцы.

Мы можем получить от одинокого нейрона к любому другому нейрону. Мы можем вернуться к нейронам в этом первом куске коры, который видит; вплоть до нейронов в спинном мозге. Если мы сможем проследить путь от спинного мозга к зрительной коре; от глаз до моторной коры; от префронтальной коры до, ну, кровавой везде — тогда разве мы не должны видеть, что активность нейронов повсюду связана со всем?

Здесь нас затихают, потому что мы интерпретируем наши записи мозга, основанные на нашем древнем трехчастном разделении мозга. Мы ищем сенсорные реакции в нейронах в рамках обозначенной сенсорной системы; для активности, которая предшествует движению в нейронах в пределах обозначенной двигательной системы; и для сложных комбинаций вещей, соединяющих прошлое с будущим, в активности нейронов в системе ассоциации. Обычно мы не наблюдаем двигательные реакции в сенсорных областях и наоборот. Потому что, ну, учебник этого не упоминал.

Но по мере того, как технология записи прогрессирует, мы случайно попали в историю из-за «классических». И по мере того, как развиваются лабораторные технологии, мы начали поместить животных в виртуальные миры, где они могут бегать, видеть и касаться одновременно, пока мы записываем множество нейронов из их мозга. И мы замечаем вещи. Странные вещи. Совсем недавно мы видели, что ходьба меняет активность в первичной зрительной коре; эта деятельность также изменена ожидаемой наградой ; мы видели активность об ошибке в предсказании вознаграждения в вызывающем моторно-мозговой мозге ; мы видели движение, контролируемое вызывающими нейроны дофаминовой системы, Все это сильные намеки, которые, да, сигналы распространяются повсюду, происходят повсюду.

Еще впереди. Намного больше. Мы собираемся войти в эпоху, когда лаборатории регулярно записываются с разных уровней мозга сразу. Не только кора, или просто глобус-паллидус, или просто везде; но через биты переднего мозга, среднего мозга и заднего мозга одновременно. Таким образом, у этих лабораторий будут записи из самой маленькой части мозга, наиболее интересные для этой лаборатории; и случайностью из многих других бит мозга тоже.

И мы обнаружим, что большинство регионов, в которых мы записываем, будут иметь нейроны, которые активируются специально для того, что мы делаем (мигание света, звук), или что животное делает (лижет, работает, поворачивается и т. Д.). Не только там, где мы привыкли смотреть, но везде и примерно в то же время. Я думаю, что эти записи заставят нас глубоко задуматься о том, что мы подразумеваем под «нейронным кодированием».

Возможно, у нас есть основные вопросы, касающиеся нейронного кодирования. Возможно, нам не следует спрашивать, представляет ли каждый нейрон одну конкретную вещь. Если этот конкретный нейрон знает об этой вспышке света. Или это знает, что ты собираешься пнуть футбол (плохо, а потом упасть). Или этот нейрон знает о кремовом пироге, который вы прятали в задней части холодильника, хитро замаскированного тыквой, которую вы там разместили, потому что это явно не скрывает чего-то, нет. Ибо, если мы сможем проследить путь от каждого нейрона до другого, и если мы будем мельком видеть, как все нейроны реагируют на вещи, о которых мы никогда не думали, то, возможно, вопрос должен быть следующим: почему многие нейроны, похоже, не реагируют на все , Что разделяет информацию в мозге?

На ум приходят два механизма; несомненно, есть и другие. Во-первых, цепочка шагов от нейрона к нейрону заканчивается в нейромодуляции. Дофаминовые нейроны являются прыщавыми маленькими ублюдками, отбирая активность каждый раз, когда происходит что-то удивительное. Они высвобождают допамин в большом объеме мозга, где он не вызывает прямого действия. Скорее, он поднимает или понижает, насколько другой нейрон реагирует на свои входы (он модулирует нейрон); он также может контролировать, изменяются ли входы к нейрону силы. Таким образом, информация, содержащаяся в активности нейронов допамина, напрямую не передается, а вместо этого используется для активации активности других нейронов. Другие нейромодуляторы, такие как серотонин, работают одинаково.

Другим механизмом является то, что цепочка шагов от нейрона до нейрона заканчивается структурой мозга, которая специализируется на ингибировании. Поэтому вместо того, чтобы передавать сигнал, нейроны в этой части мозга инвертируют его, превращают его в торможение, так что больший из этого сигнала превращается в меньший сигнал в своих целях. Или, более лаконично, торможение — это то, что разделяет информацию, предотвращая ее появление в другом месте. «Необходимо знать базу, и вам не нужно знать, приятель».