ПостНаука продолжает рассказывать о современных технологиях в проекте «Банк знаний», подготовленном совместно с Корпоративным университетом Сбербанка.

Наш мозг любопытен, как и мозг любого высокоразвитого животного. Любопытство — это собственно стремление к новой информации, которая для нас так же важна, как еда, сон или безопасность. Нервные клетки и нейросети ориентированы на то, чтобы выделять во внешнем мире новые события, сигналы и анализировать их в первую очередь, и это основа правильного поведения. Если в мире что-то меняется, нужно детектировать это и учесть в своих реакциях. В ходе эволюции мозга центры любопытства сформировали достаточно сложную и характерную иерархию. Если подниматься от стволовых структур вверх к большим полушариям, мы встречаем центры любопытства в среднем мозге, затем в промежуточном и в коре больших полушарий.

Самый древний центр, связанный с обработкой новой информации и с детекцией новых событий, расположен в среднем мозге — в зоне, которая называется четверохолмие. Там в свое время были выделены нейроны, названные детекторами новизны. Они постоянно сравнивают сенсорные сигналы, поступающие в мозг, с сигналами, которые были несколько десятых секунды до того. Четверохолмие называется так потому, что там есть пара передних холмиков ближе к носу и пара задних холмиков ближе к затылку. В передних холмиках находятся зрительные нейроны, которые детектируют новые события: перемещения в поле зрения, появление новых объектов. В задних холмиках четверохолмия находятся слуховые нейроны, которые реагируют на появление нового звука, перемещение источника звука, изменение тональности. Все это очень важные системы.

Рекомендуем по этой теме:
66294
Устройство и работа мозга

После детекции нового сигнала четверохолмие на уровне среднего мозга запускает ориентировочный рефлекс, который выделил еще Иван Петрович Павлов и назвал его рефлексом «что такое». Ориентировочный рефлекс — это реакция поворота глаз, головы и всего тела в сторону нового сигнала. Это одна из самых сложных врожденных рефлекторных программ, которые вставлены в наш мозг. У младенца все это очень рано проявляется. Смысл ориентировочного рефлекса достаточно очевиден. Чтобы хорошо воспринимать изображение, оно должно попадать на центр сетчатки, а чтобы хорошо воспринимать звук, наши уши должны примерно с одинаковой интенсивностью воспринимать звуковые сигналы — это делает четверохолмие и глазодвигательные центры, которые расположены в среднем мозге. Именно там находятся управляющие движениями глаз нейроны, которые наводят резкость на изображение, меняя форму хрусталика, нейроны, которые отвечают за диаметр зрачка. Так обеспечивается оптимальный вход новой информации в наш головной мозг.

Четверохолмие работает не только со слуховыми и зрительными сигналами, но и, например, с прикосновениями. Если кто-то прикоснулся к вашему правому плечу, вы повернетесь и посмотрите, что произошло. Существует спинотектальный тракт, идущий из спинного мозга в четверохолмие, который приносит кожную чувствительность. Обратный тракт называется тектоспинальным и запускает поворот всего туловища. То же самое происходит, если вы учуяли новый запах и тоже начинаете крутить головой — это компонент ориентировочного рефлекса. Ориентировочный рефлекс рано появляется в ходе эволюции, он есть уже у рыб, у которых четверохолмие — это очень важная структура, в то время как у нас этот рефлекс выполняет вспомогательные функции.

Первый уровень любопытства — это посмотреть на новый объект и собрать информацию. Следующий уровень исследовательского поведения связан с активным перемещением в пространстве, когда мы подходим к какому-то объекту и пытаемся вступить с ним в контакт: нужно встать и пойти, чтобы пощупать, понюхать, рассмотреть поближе. Здесь ключевую роль играет субталамус, находящийся на границе промежуточного и среднего мозга, но все-таки относимый к промежуточному. В нем расположены нейроны, которые отвечают за запуск локомоций: перемещений в пространстве, ходьбы, бега, ползания у детей или плавания у дельфинов. Локомоциями занимается спинной мозг, там расположены мотонейроны, которые управляют сгибаниями и разгибаниями конечностей, но команду стартовать дают субталамичекие нейроны.

Рекомендуем по этой теме:
11509
Кора больших полушарий

К субталамусу сходятся сигналы от самых разных центров потребностей. Если вы захотели есть, вы встали и пошли к холодильнику. Если вам неуютно, вы встали и пошли в более безопасное место. Когда детектируются какие-то новые события, к субталамусу поступают сигналы, и мы встаем и начинаем исследовать окружающую обстановку. Если кошку посадили куда-то в новое место, она обойдет и обнюхает все углы — запускает эту реакцию именно субталамус. Такой сбор новой информации очень важен: о новом месте нужно собрать как можно больше сведений и только потом решать, какие из них полезны и как их использовать. Для исследовательского поведения это очень характерно. Информация как бы собирается наперед. Павел Васильевич Симонов, физиолог, автор классификации биологических потребностей, назвал подобные программы программами саморазвития. Накопительный подход к информации очень значим, потому что позволяет адаптировать свое поведение к сложной среде.

Так же значим и уровень поискового поведения, который тоже запускается субталамусом. Вместе с ним работает структура, которая называется гиппокамп. Это наш ключевой центр кратковременной памяти, зона, которая относится к коре больших полушарий. В гиппокампе прописываются новые сведения, которые собираются во время поискового поведения. Он изначально был связан с локомоциями, с движением в пространстве, так как возник в ходе эволюции для запоминания траектории, по которой мы движемся, чтобы в случае опасности с помощью сформированной им карты можно было быстро вернуться в исходную точку. Гиппокамп исходно был привязан к субталамусу, к движению в пространстве, а потом он стал ключевым центром кратковременной памяти: вся информация, которая у нас записывается в течение текущего дня, сначала попадает в гиппокамп, а потом уже перезаписывается в долговременную память. Гиппокамп мощно ориентирован на выделение новизны, в нем тоже есть нейроны, детектирующие изменения.

Третий уровень связан уже с манипуляциями некими предметами, когда мы берем объект и не просто на него смотрим, а пытаемся разломать, раскрутить, посмотреть, что внутри. Это очень человеческое, точнее, обезьянье поведение. Манипуляции (от слова manus — «рука») с предметами требуют развитых пальцев. Это характерно для обезьян и енотов, у которых рука развита очень хорошо, с ее помощью они могут доставать пропитание со дна реки. Обезьянам рука нужна, чтобы хвататься за ветки. Когда с этих веток мы спустились на ровную поверхность, в руку мы взяли палку. Манипуляция с предметами — это очень важный компонент нашей психической (не просто двигательной) активности. Маленький ребенок осваивает эти манипуляции в том числе как источник для сбора новой информации. Младенца нередко можно застать за пристальным разглядыванием собственной руки. Все действия, которые развивают его мелкую моторику, очень значимы, так как позволяют активнее узнавать окружающий мир и выстраивать свое поведение, в том числе на уровне взаимодействия с орудиями труда.

Этой активностью занимается наша лобная кора, в ней выделяют премоторную и моторную зоны. Первая формулирует программу движения в целом, вторая отвечает за сокращение конкретных мышц. Есть отдельная сфера в физиологии мозга под названием «двигательное обучение». Поначалу, когда нам попадается по-настоящему новый объект, наши неуверенные движения (они называются произвольными) идут под зрительным контролем. Но если вы многократно выполняете эти движения, мозжечок, специальный двигательный сопроцессор, запоминает программы этих движений, какие мышцы в какой последовательности дергать, и начинает помогать премоторной и моторной коре. Происходит автоматизация движений, позволяющая вам с каждым разом крутить гораздо увереннее кубик Рубика, работать на клавиатуре, играть на музыкальных инструментах или писать. Всему этому мы учимся, а начинается это обучение с мелкой моторики и с исследования возможностей нашей руки по манипуляции с теми или иными объектами.

Эти уровни — уровень ориентировочного рефлекса, поискового поведения, манипуляции с предметами — поддерживаются центрами положительных эмоций. Любопытство приносит нам удовольствие. На нейрохимическом уровне за это отвечает медиатор, который называется дофамин. Каждый раз, когда мы узнаем новое, мы испытываем вброс дофамина, в зависимости от степени новизны и от значимости новой информации его может быть чуть-чуть или достаточно много. То есть новизна является важным источником положительных эмоций. За счет положительных эмоций наш мозг подталкивает нас к узнаванию мира, к сбору новой информации, к формированию все более адаптивного поведения.

Высший уровень исследовательского поведения — это формирование речевой или информационной модели окружающей среды. По мере того как мы узнаем мир, мы узнаем о существовании слов, которые обозначают те или иные объекты. Этим уже занимается ассоциативная теменная кора. То есть движения — это лобная, а речь на уровне запоминания слов, их значения, мышления — это ассоциативная теменная кора. Мы копим слова, которые обозначают предметы, действия, признаки, но копятся они не поодиночке, а возникают в виде связанной информационной сети. Каждое слово связано с множеством других слов и ассоциаций — так формируется информационная модель внешнего мира, слепок внешней среды, который накладывается на наш мозг. Формирование этого слепка — это такой же процесс узнавания нового, оно тоже очень значимо и тоже приносит положительные эмоции.

Начиная со второго года, а иногда и раньше, младенец активно формирует эту систему, радуется новым словам. В конце концов формируется речевая модель внешнего мира, с помощью которой мы думаем. Она является отдельным источником новизны и положительных эмоций. С помощью этой модели мы можем придумать что-то новое, и это уже вброс дофамина. Мы также можем из имеющейся информации собрать новый фрагмент, новую ассоциацию, понять логику каких-то процессов, сочинить и решить математическую задачу, придумать новую рифму. Мы можем просто услышать новый анекдот, новую историю и на уровне речевого взаимодействия испытать вброс дофамина — положительные эмоции.

Рекомендуем по этой теме:
17284
Прямая речь: Вячеслав Дубынин

Это важнейший компонент нашей психической деятельности. Мы очень любопытны, в том числе на речевом уровне. У людей, ориентированных на исследовательское поведение, как правило, очень большой вклад сангвинистического темперамента. Если таким людям не хватает новой информации, они недобирают положительных эмоций. Для них важно, чтобы каждый день случалось что-то новое. В рамках корпоративных процессов они больше подходят для коротких дел. Сегодня одно, завтра другое, послезавтра третье — когда каждый день мы сталкиваемся с чем-то новым, нам не становится скучно. Положительные эмоции, связанные с новизной, — это важнейший компонент нашей психической жизни.