Это сенсационное открытие сделали норвежские исследователи мозга. -Бритт и Эдвард руководили группой исследователей, которая в 2005 году обнаружила клетки, разбивающие пространство на шестиугольные фрагменты. Они назвали их нейронами решетки. Позже эти ученые показали, что мы способны ориентироваться в пространстве благодаря многим, многим таким сеткам с разным «масштабом», каждая из которых имеет свои задачи и свой размер ячеек. Есть крупные ячейки для более крупных областей, где детали менее важны, а есть мелкие ячейки для областей поменьше, где важно хорошее разрешение. Нейроны решетки были обнаружены в задней части коры больших полушарий, в височной доле, около . На одном конце этой зоны хранятся решетки с ячейками маленького размера, а на другом – очень большого. Однако возрастание размера ячеек происходит не хаотично, он увеличивается постепенно, с шагом, равным квадратному корню из двух.

Раньше для определения своего местонахождения люди пользовались бумажными картами. Некоторые и сейчас ими пользуются. До появления GPS в мобильном телефоне приходилось вертеть карту и так и , чтобы сориентироваться. Люди искали четкие ориентиры, например горы или церковь, чтобы понять, где они. Как удобно было бы тогда иметь красную точку, как на туристических картах, с надписью «Вы находитесь здесь». А в вашем мозге в действительности такие точки есть.

Меньше чем через десять лет после открытия нейронов решетки -Бритт и Эдвард получили Нобелевскую премию по медицине вместе с британцем Джоном: за открытие нейронов решетки, – за открытие нейронов места. Нейроны места – это и есть ваша красная точка. Крысы бегали в примерно таких же шлемах, какие были у крыс , но их шлемы регистрировали активность нейронов в , а не за его пределами, в задней части коры. обнаружил нейроны, которые активировались, только когда крысы были в определенных местах своего вольера, и никогда – в других.

Во время операции по удалению (с обеих сторон) и части коры уже известный нам пациент Г.М. лишился нейронов места и нейронов решетки. И вполне логично не только то, что после операции он не узнал медицинский персонал больницы, но также и то, что он не смог найти дорогу в туалет. Нейроны места и ориентирование в пространстве тесно связаны с памятью. Действительность такова, что большинство наших воспоминаний с тем местом, где с нами случилось некое событие. Основываясь на исследованиях мозга крыс, мы можем сказать, что нейроны места не просто реагируют на определенное место, но и формируют некую карту, которая активируется, когда мы попадаем в то же место. Нейроны места, связанные с коробкой с игрушками в вашей бывшей детской комнате, скорее всего, пошлют вам явные сигналы, когда вы будете вспоминать, как играли с ней, пусть сейчас, когда вы это вспоминаете, вы находитесь в совершенно другом месте. То есть мысленно вы рядом с этой коробкой игрушек, когда вспоминаете о ней.

Рисунок 13. Нейрон места активируется только в определенном месте вольера, и его активность становится тем более выраженной, чем больше направлений выбирает крыса

Нейроны места были обнаружены у крыс. С точки зрения эволюции – древняя часть коры мозга, общая для людей и крыс. Чувство ориентации в пространстве одинаково важно и для тех, и для других, и поэтому нас не удивит, если это чувство у крыс окажется таким же сложным, как у людей. Хотя исследования чувства ориентации в пространстве у человека еще ведутся, некоторые результаты уже получены. Нейроны решетки уже обнаружены у человека. И благодаря экспериментам с крысами мы знаем, в каком направлении продолжать изыскания.

Карта и компас

У меня всегда возникают проблемы с ориентированием в незнакомых местах, и я всегда охотно это признаю. В результате меня часто просто ведут, и я совсем не тренирую навыки ориентирования. Однако – крайне редко – я абсолютно уверена, в каком направлении нужно идти. После первого экзамена в университете мы с двумя подругами поехали в Будапешт. Тут-то и настал час испытаний для моих терпеливых подруг. Но заодно они получили возможность проявить педагогический талант. Я почувствовала себя так уверенно, что мне было до слез обидно, что подруга считала, что нам нужно идти в прямо противоположном направлении. Несмотря на что опыт подсказывал, что права она, а я ошибаюсь. Из педагогических побуждений она пошла со мной в том направлении, в каком я хотела, указывая по пути на ориентиры и терпеливо разъясняя, почему я ошибаюсь. Наконец ей удалось отключить мой беспомощный навигатор, и, развернувшись на каблуках, мы пошли в обратном направлении, которое все это время моя подруга считала правильным. Теперь уже не все мои нейроны направления головы в знак протеста.

Во многом нейроны направления головы напоминают встроенный компас. Тем не они не скажут вам, где юг, север, восток и запад, так как связаны вовсе не с чувствительностью к магнитным полюсам Земли, а с вестибулярным аппаратом во внутреннем ухе.

Нейроны направления головы – это нервные клетки, которая активируются, когда ваша голова поворачивается, и неважно при этом, открыты у вас глаза, закрыты или вы стоите на руках. Однако если глаза закрыты долго, направление, на которое указывают нейроны направления головы, становится менее точным.

В исследованиях с крысами было замечено, что если многократно включать и выключать свет, тем самым дезориентируя крысу, вся система направления головы может «сломаться». Нейроны направления головы перестают посылать сигнал последовательно и начинают активироваться случайно – и по-разному от случая к случаю. Кто знает, может быть, это и произошло с моими нейронами направления головы?

Рисунок 14. Как следует из рисунка, нейроны направления головы возбуждаются при повороте головы

Многое указывает на то, что нейроны направления головы связаны с памятью так же, как и нейроны места. Когда крысы спокойно лежат и спят, нейроны направления головы по-прежнему активны, особенно если крысы видят сны. На самом деле они так же активны, как и когда крысы бодрствуют и ходят по своей клетке.

Сюда, но не дальше

В задней части рядом с , между нейронами направления головы и нейронами решетки, расположена группа нейронов, которые рассказывают нам, где проходит граница. Нейроны границы испускают импульс, когда вы подошли к какой-то преграде, например к горе, стене или забору (в случае крысы это стенка клетки). Нейроны границы активируются у всех границ, которые, например, располагаются справа от вас, но только когда вы уже у самой границы. Если крысиный вольер расширить вправо, нейроны границы активируются не там, где раньше, а у новой границы. Нейроны границы рассказывают нейронам места и нейронам решетки, на какой области они могут сконцентрироваться.

Машина Фреда

У героя мультсериала про каменный век Фреда есть машина без двигателя, в которой и руль, и колеса сделаны из камней. Чтобы машина двигалась вперед, Фреду приходится идти или бежать, в зависимости от того, какую скорость он хочет развить. Такую машину построили для своих крыс -Бритт и Эдвард . Крысы должны были бежать, чтобы получить вознаграждение – кусочек шоколада на другом конце четырехметровой конвейерной ленты. Когда животным позволяли мчаться к шоколадке во весь дух, они развивали скорость до 50 сантиметров в секунду. С помощью машины , в которой находились крысы, стали регулировать скорость до 7, 14, 21 или 28 сантиметров в секунду (см. рис. 16). Пока крысы бежали к вознаграждению, ученые измеряли активность сотен нейронов. Они обнаружили отдельные нейроны скорости – то есть нейроны, которые испускали импульс в зависимости от скорости, с которой бежали крысы. Нейрон скорости – это своеобразная клетка-спидометр, работающая вне зависимости от ориентиров или освещения. Когда крысы произвольно увеличивали скорость, не будучи ограничены в ней специально, нейроны скорости начинали посылать более мощные и ясные сигналы.

Рисунок 15. Нейроны границы обозначают границу как стены в крысиной клетке, так и вставленной перегородки

Рисунок 16. Крыса в машине , нейроны скорости испускают импульсы на скорости 21 сантиметр в секунду

Нейроны направления головы рассказывают нейронам места, в каком направлении движется крыса, а нейроны скорости говорят, с какой скоростью она движется. Нейроны решетки знают, как воспользоваться этой информацией, и координатная сетка обновляется. Нейроны решетки формируют некую карту, а нейроны границы ее ограничивают. Нейроны места предоставляют информацию о местонахождении. Все эти нейроны важны для способности . В совокупности эти клетки образуют навигационную систему – GPS-систему мозга со спидометром, компасом и отметками границ.

GPS-система мозга находится не только в височной доле

Итак, нейроны места находятся в , а нейроны решетки – в участке коры рядом с ним. Значит, два важнейших для пространственной ориентации типа нейронов расположены исключительно в височной доле. Насколько нам известно. А вот нейроны направления головы находятся не только рядом с , но и в некоторых других областях мозга, например в и в базальных ганглиях (см. рис. 1, 8 и 9).