Центры исследовательских реакций в мозге человека

Для того чтобы запускалось исследовательское поведение, направленное на сбор новой информации, нужно, чтобы сам факт проявлений новизны был детектирован. Отдельные нейроны, группы нейронов, нейронные комплексы работают на то, чтобы сравнивать имеющуюся информацию с вновь поступающей. И если в этой вновь поступающей информации есть что-то необычное, что данному организму ранее не встречалось, тогда срабатывают разные варианты исследовательского поведения.

Чтобы реализовался ориентировочный рефлекс, анализ сенсорной информации ведет верхняя часть среднего мозга – четверохолмие.

Для реализации поискового поведения и сбора информации «в новом месте» очень важна старая кора (прежде всего гиппокамп). Результаты манипуляции с предметами оценивает так называемая поясная извилина – область новой коры больших полушарий, которая относится к лимбической доле и находится на внутренней поверхности полушарий над мозолистым телом. Поясная извилина очень важна для оценки результатов любого поведения, а также для генерации эмоций, связанных с успехом либо неудачей поведения.

В конце главы мы обсудим те проявления любопытства, которые характерны только для человека и связаны с речевой сферой. Ведь наш мозг так устроен, что положительные эмоции нам приносят не только манипуляции с предметами, но «манипуляции» со словами – от шуток и каламбуров до высших проявлений творчества.

Посмотрите на рисунок среднего мозга в поперечном срезе (рис. 3.1, вверху). В его верхней части расположены холмики четверохолмия (1), которые являются древними зрительными и слуховыми центрами. Сюда непрерывно приходят сигналы от сетчатки и внутреннего уха, и нейроны четверохолмия сравнивают поток, который сейчас есть, с тем, который был, например, 0,2–0,3 секунды тому назад. Если произошло некоторое изменение, тогда запускается уже упомянутый ориентировочный рефлекс. Он заключается в повороте глаз, головы и, если нужно, всего тела в сторону нового сигнала. Чтобы это сделать, четверохолмие передает информацию на глазодвигательные центры (2) и мотонейроны, управляющие мышцами шеи туловища.

Рис. 3.1. Вверху: поперечный срез через средний мозг человека. Обозначения: 1 – четверохолмие; 2 – глазодвигательные центры; 3 – покрышка среднего мозга, а также схема нейронной сети, реагирующей на появление нового стимула. Внизу: ДН – нейрон-детектор новизны, ТИ – тормозный интернейрон

У позвоночных с каждым глазом связано целых шесть мышц, которые должны очень слаженно работать, вращая глаз, в том числе для того, чтобы реализовалось исследовательское поведение. Пять из шести глазодвигательных мышц управляются мотонейронами, расположенными в нижней части среднего мозга, и лишь шестая – мотонейронами моста. Кроме того, сигнал из четверохолмия уходит на область, которая называется вентральная покрышка, или просто покрышка среднего мозга (3). Это очень важная зона, здесь находятся нервные клетки, которые отвечают за положительные эмоции, возникающие во время восприятия новизны.

Увидеть, услышать, каким-то иным образом ощутить что-то новое – важно, интересно и позитивно для организма. Центр этого позитива – вентральная покрышка, и аксоны ее нейронов поднимаются в большие полушария – как в кору, так и в базальные ганглии.

Ориентировочный рефлекс – самый древний вариант любопытства. Если вы подойдете к аквариуму и постучите по стеклу, то у рыбок тоже глаза повернутся, и они посмотрят, в чем дело. Если кто-то из идущих сзади вас по улице шумно споткнется, вы обязательно повернетесь и посмотрите, что случилось. И сделаете это раньше, чем осознаете шум. Ориентировочный рефлекс запускается с уровня, который не очень подчиняется большим полушариям. С помощью осознанного контроля его порой непросто блокировать, сохраняя «невозмутимость» в ситуациях, когда вокруг происходит что-то интересное, важное, необычное.

Четверохолмие состоит их пары верхних и пары нижних холмиков. Верхние холмики – самый древний зрительный центр нашего мозга, сюда приходит информация от сетчатки, а нижние, соответственно, самый древний слуховой центр. Эти центры не анализируют детально зрительные и слуховые сигналы, а просто сравнивают то, что было совсем недавно, с тем, что сейчас воздействует на организм. Если фиксируется изменение, тогда и запускается ориентировочный рефлекс. Кроме зрительных и слуховых сигналов, сюда, в четверохолмие, приходят и другие сенсорные сигналы. Например, кожная чувствительность: если кто-то вас потрогает за плечо, вы повернете глаза и голову, пытаясь понять, что случилось. Или, например, когда появляется новый запах, человек начинает крутить головой, для того чтобы собрать больше информации.

Когда мы поворачиваем глаза и голову в сторону нового звука, мы приводим нашу зрительную и слуховую систему в оптимальное положение. Например, если в углу комнаты что-то зашуршало и зашевелилось, то надо на этот объект посмотреть, тогда сетчатка (а точнее, ее центральная зона) детально просканирует изображение. Уши при этом окажутся на равном расстоянии от зашуршавшего объекта, при котором оптимальным образом считывается звуковая информация, ее частотные характеристики, лучше всего определяется направление на объект. У многих млекопитающих с каждым ухом связано по нескольку мышц, и они очень хорошо двигают ушами, определяя область источника звука даже без поворота головы. Когда мы окликаем лошадь или собаку, хорошо видно, что их уши поворачиваются в сторону звука, то есть идет локация, к тому же каждым ухом отдельно. Лошадь может одним ухом вас слушать, а вторым – прислушиваться к звукам в другой части конюшни. У человека движение ушами сохранилось лишь в рудиментарной форме: пользы уже никакой, но выглядит забавно.

На нейронном уровне четверохолмие неплохо изучено. Еще в прошлом веке здесь были обнаружены нейроны, названные детекторами новизны. Такие нейроны отвечают за сравнение текущего сигнала с тем, который был «только что» – доли секунды назад (на схеме в нижней части рис. 3.1 обозначены ДН – детекторы новизны). Сенсорный сигнал передается на ДН по двум каналам – напрямую и через тормозный интернейрон (ТИ). Запуск ориентировочного рефлекса происходит при несовпадении этих информационных потоков.

Если сенсорный сигнал не меняется, то прямой вход на детекторы новизны и вход через тормозный интернейрон «обнуляют» друг друга: торможение компенсирует возбуждение. Однако если сигнал внезапно усилится, то в возбуждающем синапсе тут же начнет выделяться больше медиатора. А тормозный синапс немного отстанет, поскольку сигнал на ТИ, как видно на схеме, попадает через цепочку возбуждающих интернейронов, а каждый синапс – это задержка во времени на 5–10 и более миллисекунд. А тормозный синапс отреагирует позже, поскольку сигнал на ТИ, как видно на схеме, попадает через цепочку возбуждающих нервных клеток. Каждый синапс – задержка во времени на 5–10 и более миллисекунд, и тормозная «копия» немного запаздывает. В итоге при резком усилении сенсорного сигнала возбуждение на детекторе новизны превышает торможение. Превышает на короткое время, но его вполне достаточно для того, чтобы вызвать электрические импульсы на мембране ДН и запустить собственно ориентировочный рефлекс.