гиппокамп

Джазовое трио играет в полумраке клуба. Пианист ведёт мелодию, контрабасист держит ритм, барабанщик рассыпает дробь. Если слушать только пары музыкантов, можно уловить, как пианист подстраивается под бас или бас под барабаны. Но главное рождается, когда все трое импровизируют одновременно: одна фраза пианиста меняет игру барабанщика, а та, в свою очередь, подталкивает контрабасиста к новому ходу.

В 2023 году в Бельгии 101 человек в возрасте от 50 до 69 лет провёл несколько дней в лаборатории, где его мозг сканировали, записывали сон и просили решать задачи на память и внимание. Так родился набор данных COFITAGE, в котором каждый участник описан с пяти сторон: молекулярной, структурной, физиологической, генетической и когнитивной.

В тёмной комнате сканера человек следит за редкими вспышками на экране. Инфракрасная камера снимает его зрачок тысячу раз в секунду, а магнитно-резонансный томограф в это время записывает, какие участки мозга включаются.

Мозг как дом, который построили слишком просторным: красиво жить, но дорого обслуживать. Болезнь Паркинсона обычно представляют как разрушение этого дома, когда нейроны гибнут и структуры съёживаются.

В школьном дневнике каждая оценка говорит сама за себя, но понять, как ученик справляется в целом, можно только по табелю. Для лекарств, которые действуют на мозг, такого табеля долго не было. Каждый тест на миниатюрной копии мозга, выращенной в пробирке, давал свой сигнал: одни гены «зажигались», другие «гасли», электрические импульсы то учащались, то замирали.

Пожилой человек уверенно говорит, что в списке было слово «подсолнух», хотя там был только «миндаль». Оба слова связаны с маслом, и этой смысловой нити оказалось достаточно, чтобы мозг достроил воспоминание. Память работает как компас: одна стрелка указывает на смысл, другая на порядок событий. С возрастом одна из стрелок начинает перевешивать.

Класс затихает после урока, но в голове у ребёнка всё ещё звучит эхо: лица, предметы, места. Именно это эхо, а не сам урок, решает, что останется в памяти. Исследователи впервые поймали его у детей от 6 до 17 лет. Дети запоминали сцены в томографе: им показывали комнату, затем предмет или лицо в определённом месте. После этого пять минут они просто смотрели на крест.

Человек рассказывает о знакомом лице, и его речь становится зеркалом, в котором отражается работа памяти. У пациентов с височной эпилепсией это зеркало иногда мутнеет: слова подбираются медленнее, фразы обрываются, паузы повисают в воздухе. Врачи давно слышат такие жалобы, но стандартные тесты, где нужно назвать картинку или вспомнить список слов, часто показывают норму.

Геолог идёт по горному склону и водит прибором над камнями. Прибор показывает, где под поверхностью залегает железная руда, а где порода дала трещину. Примерно так же работает магнитная карта мозга: она выявляет, где в тканях скопилось железо, а где повреждена оболочка нервных волокон. После сотрясения мозга такая съёмка особенно важна.

Оркестр из тридцати шести инструментов играет почти в унисон. Дирижёр пытается расслышать, какой именно голос ведёт мелодию, но звуки сливаются, и каждый следующий такт лишь добавляет сомнений. Так исследователи, изучающие гиппокамп, пытаются понять, какая из его зон отвечает за память или мышление, но соседние зоны так похожи друг на друга, что разделить их вклад почти невозможно.

Заблудиться в зеркальном зале проще простого: каждая стена отражает другую, и кажется, что ты уже был здесь. Примерно так же путается мозг, когда вокруг много похожих мест. Нейроны — клетки, отвечающие за карту пространства, — могут выдать одинаковый сигнал для двух разных углов комнаты.

Мозг можно представить как оркестр, где дирижёр — кора больших полушарий, а таламус — первая скрипка. Таламус — это центральная ретрансляционная станция: он получает сенсорные сигналы, в том числе зрительные от глаз, и передаёт их в соответствующие области коры, например в зрительную кору.

Врач годами учится распознавать болезни по снимкам мозга. Сначала он отлично видит признаки старения, потом осваивает опухоли — и вдруг начинает путаться в том, что знал раньше. Примерно так же ведут себя и многие нейросети: новые знания затирают старые. Это явление называется катастрофическим забыванием — когда модель, обученная на новой задаче, теряет точность на предыдущих.

Ночной город: в одних окнах горит свет, в других темно. Если соединить линиями окна, которые зажигаются одновременно, получится паутина связей. Такую паутину исследователи изучили для крошечных мозговых органоидов — живых скоплений нервных клеток, выращенных в лаборатории.

Представьте старый театр в сыром тумане. На сцене — россыпь актёров, но лишь одного выхватывает луч прожектора, заставляя замереть в ярком пятне. Остальные клубятся в полумраке, готовые в любой миг растаять. Этот образ — ключ к одной из самых амбициозных моделей сознания. Построенной на языке квантовой механики. Вместо нейронов учёные оперируют квантовоподобным полем.

Вы рассказываете другу историю, а его мозг словно настраивается на вашу волну — одни и те же участки активируются в такт вашим словам. Учёные записали такую «нейронную синхронизацию» с помощью магнитоэнцефалографии (прибора, улавливающего магнитные поля мозга) и решили проверить, может ли компьютерная языковая модель повторить этот танец смыслов.

Квантовая частица, пробегая по замкнутому кольцу, оставляет на своём пути две разные «записи». Первая — словно отпечаток пальца на дверной ручке: он остаётся неизменным, сколько бы раз вы ни поворачивали ручку, и говорит только о форме и материале.

Кассир в супермаркете в час пик не запоминает каждую пробитую покупку — он держит в голове общую сумму и следит за очередью. Примерно так же мозг распределяет свои силы: дорогая и точная кора (то, что отвечает за обдумывание) и более простые, экономные подкорковые ядра (где живут привычки) работают в паре.

В большом зале суда идёт совещание. Сотни переводчиков-нейронов одновременно слышат обрывки фраз — и должны сложить из них единую картину. Именно так крупные сети мозга превращают разрозненные сигналы от глаз в цельный образ предмета. Авторы новой работы предложили математическое описание этого процесса — «облачную функцию».

Туго натянутая простыня лежит на столе несколько дней. Внешне она неподвижна, но в волокнах ткани сохранилось напряжение — стоит чуть ослабить один край, и складки побегут, перестраивая весь узор. Примерно так же ведёт себя пласт эпителиальных клеток в состоянии покоя. Он не просто замирает, а накапливает механические напряжения — своего рода клеточную память о прошлых движениях.

Инженеры строят автомобиль. Одни собирают точную копию двигателя, каждый поршень и свечу, но машина не едет — нет руля и колёс. Другие создают быстрый самоуправляемый карт, однако его мотор из пластилина не похож на настоящий. Примерно так же обстоят дела в науке о мозге.

Оркестр на первой репетиции без дирижёра. Скрипки вступают невпопад, духовые опаздывают, и вместо симфонии выходит какофония. Примерно так же ведёт себя компьютерная модель мозга, из которой убрали особые клетки — нейроны фон Экономо.

Человек, который ищет ключи, перебирает в уме места, где они могли оказаться. Птица, которая осенью рассовала сотни семечек по щелям, зимой перебирает их безошибочно. Как мозг вмещает столько адресов, если нейронов у всех примерно поровну? Ответ нашёлся в геометрии.

Летний луг всплывает в памяти не просто картинкой — вместе с ней приходит запах травы и тепло солнца. Мозг склеивает ощущения в единый образ, и тот держится прочнее, чем каждое поодиночке. Но как именно нейроны сшивают зрительное с обонятельным, долго оставалось загадкой.

Мозг постоянно жонглирует задачами: то реагирует на резкий звук, то решает уравнение, то погружается в грёзы. Учёные давно подозревали, что за этим стоят переключения между разными «сценариями» работы нейронных сетей, но выделить их из хаоса электрических сигналов было трудно.

Мозг устроен как многоэтажное здание: нижние этажи обрабатывают простые сигналы, а верхние собирают их в сложные образы. Учёные давно подозревают, что этот порядок связан с тем, как нейроны работают вместе. Но как именно — оставалось загадкой. Исследователи записали электрическую активность тысяч нейронов в зрительной коре и гиппокампе мыши.

Старение мозга похоже на износ моста: трещины появляются незаметно, но если вовремя укрепить опоры, конструкция простоит дольше. Такими опорами оказались три обычные вещи — сила рукопожатия, способность долго двигаться без одышки и объём лёгких. Врачи наблюдали за 51 517 британцами 12 лет и увидели: у людей с самым высоким уровнем каждой из этих способностей деменция развивалась вдвое реже, чем у самых слабых.

Речь похожа на оркестр, где каждая нота должна прозвучать в свой момент. Мозг превращает мысль в цепочку звуков за доли секунды, и до сих пор было неясно, как он управляет этой иерархией — от отдельных звуков к слогам и целым словам.

В мозге мыши около 70 миллионов нейронов, и связи между ними распределены далеко не поровну: у одних клеток всего пара десятков контактов, у других — тысячи. Это как город, где есть тихие переулки и многолюдные площади. Но до сих пор было неясно, как такая неоднородность влияет на саму работу мозга.

Мозг похож на огромный город: районы-области общаются между собой по улицам-нервным путям. Если светофоры на перекрёстке ломаются, движение замирает. Так и в мозге: если пучки нервных волокон (белое вещество) работают плохо, далёкие области перестают действовать согласованно, и мысль буксует.

Языковая модель — это многослойная конструкция, где каждый слой обрабатывает слова по-своему. В начале обучения слои хаотичны, но постепенно выстраиваются в две команды. Первая команда работает по-простому: её внутренняя геометрия сглаживается, становится менее запутанной. Вторая остаётся сложной и витиеватой.

Ночью мозг не выключается. Вместо этого он перебирает события дня, как библиотекарь расставляет книги по полкам. Но откуда берутся странные, порой бессмысленные образы во сне? Многие считали, что это просто случайный шум, не имеющий значения. Новая компьютерная модель показывает: случайность не мешает, а помогает. Мозг берёт случайные сигналы и превращает их в полезный опыт.

На севере равнины Аравия Терра лежат поля, которые выглядят как гигантский мозг: гребни и борозды извиваются, будто извилины. Такие же узоры на Земле возникают в холодных краях, когда вода в почве то замерзает, то тает, и камни сами собираются в полосы. Но у марсианских узоров гребни выше — в среднем 3,29 метра, а земные механизмы дают меньше полуметра.

Переезжая в новую квартиру, человек не учится заново открывать двери и включать свет. Опыт из старого дома переносится сам собой: кухня — это место с плитой и мойкой, спальня — с кроватью. Мозг хранит не точную карту, а гибкую схему, которую накладывает на незнакомое пространство. Учёные построили компьютерную модель такого переноса. В ней два этажа.

Мозг за день накапливает впечатления, как комната — вещи. Ночью, во время глубокого сна, он не просто отдыхает, а наводит порядок: перебирает дневные события и решает, что оставить, а что выбросить. Учёные построили компьютерную модель мозга, которая днём учится на нескольких примерах, а ночью «пересматривает» их, как будто видит сны.

Человек пытается не думать о ссоре, которая случилась утром, но в голову лезут яркие картинки. Одновременно он готовит отчёт и держит в уме цифры. Получается плохо: память мешает работе, а работа не даёт забыть. Учёные решили проверить, как мозг справляется с такой двойной нагрузкой у людей с разным уровнем тревожности. В опыте участвовали 47 здоровых добровольцев.

Участок мозга размером с горошину заставляет крысу замереть на полушаге. Лазерный луч попадает на светочувствительные клетки, и животное останавливается, будто наткнулось на невидимую стену. Так работает ростральное педункулопонтинное ядро — скопление нейронов в стволе мозга, которое управляет движением. Авторы работы собрали недорогую установку с камерой и мини-компьютером.

В операционной тишина. Хирург медленно опускает в мозг пациента иглу тоньше человеческого волоса. На её конце — не остриё, а целый частокол из девятисот шестидесяти микроскопических микрофонов. Каждый слушает свой крошечный участок серого вещества. Так впервые в мире в мозг живого человека вошёл зонд Нейропиксели — прибор, который раньше работал только на мышах и обезьянах.