Считалось, что мозгу нужна эта стабильность для того, чтобы последовательно реагировать на внешний мир. Однако серия недавних исследований, открывших явление репрезентативного дрейфа, бросает вызов этому представлению.
В 2012 году нейробиолог из Гарвардского университета Лора Дрисколл отслеживала активность отдельных нейронов мышей во времени. К ее удивлению, базовая линия постоянно смещалась. Нейроны, которые активировались, когда мышь находилась в определенном месте в первый день, через несколько недель почти не реагировали в той же точке. «Это полностью противоречило нашим ожиданиям, — вспоминает Дрисколл, ныне научный сотрудник Института Аллена. — Это было настолько удивительно, что весь мой проект изменился».
В 2017 году она и ее коллеги сообщили, что за один день нейроны теменной коры предсказуемо реагировали на специфические стимулы, но за несколько недель эти паттерны активности претерпевали серьезную реорганизацию. Некоторые нейроны переставали отвечать на прежние стимулы, другие начинали. При этом активность групп клеток оставалась более стабильной, что позволило предположить: роль играет не реакция отдельных нейронов, а активность целых популяций.
Поначалу многие ученые отнеслись к открытию скептически, подозревая то, что в эксперимент закрались погрешности. Но со временем репрезентативный дрейф обнаружили в самых разлных областях мозга — от гиппокампа до зрительной и обонятельной коры. Научный сотрудник Северо-Западного университета Эндрю Финк вспоминает, что обнаружение дрейфа в обонятельной коре «полностью изменило представления нас и наших коллег об этой области». Симон Румпель из Университета Майнца признается, что поначалу был противником идеи существования дрейфа, но со временем объем доказательств стал «слишком большим, чтобы игнорировать его».
Для чего нужен репрезентативный дрейф? Часть ученых предполагает, что он помогает мозгу отслеживать время и «ставить временные метки» на воспоминания. Дениз Кай из Медицинской школы Икана считает, что дрейф позволяет обновлять память новой информацией: «Если клетки всегда действуют одинаково, в мозге нет места для новой информации».
При этом, часть исследователей пока не убеждена, что дело именно в перестройке кода. Некоторые работы на летучих мышах показывают удивительно стабильные карты пространства в гиппокампе, а в двигательной коре у обезьян связь между нейронной активностью и движением может оставаться почти неизменной неделями. Критики указывают: то, что выглядит как дрейф, порой можно объяснить тонкими изменениями поведения или внутреннего состояния — скоростью бега, уровнем внимания и т. п., которые экспериментаторы просто не учли.
Вероятнее всего, репрезентативный дрейф включает в себя сразу несколько разных механизмов. В одних зонах мозга он может отражать активное обучение и обновление связей, в других — медленные физические процессы, например, перестройку синапсов, а где‑то и вовсе почти отсутствовать. Чтобы разобраться, ученым приходится не только совершенствовать методы измерения, но и менять собственное мышление: меньше фокусироваться на отдельных нейронах и больше — на коллективной работе больших сетей.
Открытие репрезентативного дрейфа имеет большое практическое значение. Например, при создании мозговых имплантов придется учитывать, что сигналы одних и тех же нейронов со временем меняются, иначе устройства со временем прекратят работать. А разработчики искусственных нейросетей надеются, что изучение того, как мозг умудряется учиться новому, не забывая старое, подскажет способы побороть проблему «катастрофического забывания» в ИИ.
Некоторые специалисты сравнивают открытие дрейфа с гипотезой темной материи в физике: внезапно становится ясно, что за знакомыми явлениями скрывается гораздо более сложная и подвижная реальность. И, как отмечают сами нейробиологи, видеть мы пока можем лишь то, что позволяют увидеть существующие методы исследований — а значит, главное в этой истории, вероятно, еще впереди.
Ранее ученые выяснили, что стресс снижает способность мозга делать выводы.
Источник: hi-tech.mail.ru