Мгновенное узнавание

Зеркальнаячаcть

Мозга

Особый класс

нейронов в

двигательной

коре мозга играет

ключевую роль в

освоении человеком

сложнейших

социальных и

познавательных

навыков

жон наблюдает, как Мэри срывает цветок. Он пре­красно знает, что и зачем лает. Девушка улыбается Джону, и тот догадывается, что цветок предназначен ему в подарок. Незамысловатая сценка длится все­го несколько мгновений, и столь же быстро мелькают в голове молодого человека соображения по поводу смысла происходящего. Но как же ему удается без всяких усилий по­нять и действия Мэри, и ее намере­ния?

Еще десятилетие назад боль­шинство нейробиологов и психоло­гов объяснили бы способность чело­века распознавать действия и цели других умением быстро выстраи­вать причинно-следственные свя­зи, как мы поступаем при решении логических задач. Некий сложный когнитивный аппарат в головном

мозге Джона, быстро переработав информацию, предоставленную ему органами чувств, и сравнив результат с хранящимся в памяти аналогичным прошлым опытом, позволил юноше сделать правиль­ное умозаключение о действиях и намерениях девушки.

В некоторых ситуациях мозг дейс­твительно выполняет подобные сложные операции (особенно, если поведение человека трудно подда­ется расшифровке), но та легкость и быстрота, с которыми мы обычно понимаем действия окружающих, наводят на мысль о существовании некоего более простого механизма. Исследователям подсказало это одно случайное наблюдение. В на­чале 1990-х гг. авторы настоящей статьи и Лучано Фадига (Luciano Fadiga) изучали необычный класс нейронов головного мозга обезьян,

генерировавших импульсы при выполнении простых целенаправ­ленных движений (например, хва­тании кусочков фруктов с тарелки). Самым удивительным в работе кле­ток было то, что они реагировали точно так же, когда животное ви­дело, как движение выполняет кто-то другой (например, лаборант). Нам показалось, что активность нервных клеток отражала в мозге

наблюдателя те действия, что со­вершали окружающие, поэтому мы решили назвать их зеркальными нейронами.

Подобно тому, как нейронные сети способны хранить память о тех или иных событиях, популяции зер­кальных нейронов, похоже, могут кодировать «трафареты» определен­ных действий. Такая особенность позволяет человеку или животному не только автоматически осущест­влять обычные двигательные опе­рации, но и понимать поведение других индивидов, не испытывая нужды в их логическом обоснова­нии. Джон знает, что делает Мэри, потому что она рвет цветы не толь­ко у него на глазах, но и фактически у него в голове.

Мгновенное узнавание

Зеркальные нейроны впервые были обнаружены нами в зоне F5 двигательной (моторной) коры моз­га, связанной с движениями кистей и рта. Изучая данную область, мы пытались выяснить, каким образом в импульсной активности нейронов закодированы команды, вызываю­щие осуществление тех или иных действий. Для этого мы регистри­ровали активность отдельных ней­ронов коры мозга макак. Обезьянам

подавались разнообразные сигна­лы, а когда животные реагировали на них тем или иным способом, их движения сопровождались измене­нием импульсной активности опре­деленных групп нервных клеток.

Затем мы заметили нечто стран­ное: когда кто-нибудь из нас брал ломтик фрукта, корковые нейроны обезьяны начинали работать точно так же, как если бы лакомство взя-

ло само животное. Вначале мы при­писали столь странный феномен вмешательству постороннего фак­тора (например, тому, что обезьяна, наблюдая за экспериментатором, незаметно совершает аналогичное движение рукой). Но когда нам уда­лось исключить влияние подобных случайностей, мы поняли, что пат­терн нейронной активности, свя­занный с наблюдаемым действием, отражает реально существующую в головном мозгу животного «модель» самого движения — независимо от того, кто его осуществляет.

Чтобы проверить предположение, что функционирование зеркаль­ных нейронов связано с «осознани­ем» действия, а не просто с его зри­тельной регистрацией, мы изучили активность данных клеток в ситу­ации, когда обезьяна могла опреде­лить смысл действия, но не имела возможности его видеть. Если верно то, что зеркальные нейроны опос­редуют понимание происходяще­го, — рассуждали мы, — то харак­тер их активности скорее связан с его значением, чем с визуальными характеристиками.

Нами было проведено две серии опытов: во-первых, мы решили вы­яснить, способны ли зеркальные нейроны корковой зоны F5 «узна-

вать» действия по сопровождаю­щим их звукам. Мы регистрирова­ли активность зеркальных клеток в то время, когда обезьяна наблю­дала за движениями кисти руки, рвущей лист бумаги или давящей скорлупу арахиса, что сопровожда­лось характерными звуками. Затем моделировалась ситуация, когда животное не видело, зато слышало происходящее. Мы обнаружили, что многие зеркальные нейроны поля F5, изменявшие свою активность, когда обезьяна видела и слышала движение, реагировали также и на сами звуки. Мы назвали такие клет­ки аудиовизуальными зеркальными нейронами.

Затем мы предположили, что если зеркальные нейроны участ­вуют в понимании поведения, то они должны реагировать и в си­туации, когда животное не видит действия, но получает достаточное количество подсказок, чтобы мыс­ленно его воссоздать. Для проверки гипотезы мы давали примату воз­можность наблюдать, как лаборант протягивает руку и берет кусочек лакомства. Затем перед обезьяной помещали экран, загораживавший движения руки человека, так что она могла лишь догадываться о за­вершении действия. Оказалось, что более половины зеркальных нейро­нов зоны F5 активизировались и в том случае, когда обезьяна могла лишь вообразить, что происходит по другую сторону непрозрачного заграждения.

Существует ли аналогичная сис­тема зеркальных нейронов в голо­вном мозге человека? Для ответа на данный вопрос мы провели серию опытов с использованием позитрон-но-эмиссионной томографии (ПЭТ) в миланской больнице Сан-Рафаэле. Оценивалась нейронная актив­ность различных областей головно­го мозга добровольцев, следивших за хватательными движениями кисти руки лаборанта (в контроль­ных опытах испытуемые рассмат­ривали неподвижные предметы).

ОТРАЖЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

В ходе опытов на обезьянах авторы статьи обнаружили осо­бые популяции нейронов, расположенные в моторных областях мозговой коры (справа), работа которых тесно связана с вы­полнением животными определенных действий и узнаванием тех же движений, выполняемых лаборантом. Поскольку актив­ность зеркальных клеток показывала, что животные различали и цели происходящего, исследователи заключили, что зеркаль­ный механизм мозга связан с пониманием смысла поступков. Зеркальные нейроны по-разному реагировали на одинаковые действия лаборанта, осуществляемые с разными намерения­ми, т.е. эти клетки обеспечивали также понимание животными окончательных целей происходящего

ПОНИМАНИЕ

Нейрон премоторной зоны F5, свя­занной с движениями рук и рта, активизировался, когда обезьяна брала с тарелки изюмину (1). Тот же нейрон задействовался и в том случае, когда на глазах у животно­го лакомство брал человек (2)

РАЗЛИЧЕНИЕ ЦЕЛЕЙ

Зеркальный нейрон зоны F5 активировался, когда обезьяна наблюдала, как рука лаборанта тянется к угощению (/). Однако если лакомства не было, ана­логичный жест не вызывал активации зеркальной клетки (2). Клетка реагировала на целенаправлен­ное движение руки и в том случае, когда животное знало, что за непрозрачным экраном находится еда, но не видело ее (3). Если же обезьяна знала, что ничего съедобного за экраном нет, отмечалась слабая активация нейрона (4)

РАСПОЗНАНИЕ НАМЕРЕНИЙ

Зеркальный нейрон нижней теменной области обнаруживал высокую активность, когда обезь­яна брала фрукт, чтобы поднести его ко рту (1). Реакция нейрона была слабее, если животное на­меревалось переложить плод в сосуд (2). Клетка обнаруживала высокую степень возбуждения и в том случае, когда примат наблюдал, как лаборант берет лакомство и подносит его ко рту (3), и слабую импульсацию, когда он помещал кусочек в сосуд (4). Во всех случаях реакции клетки были связаны с захватом лакомства, соответственно, первона­чальная активация нейрона кодировала понима­ние конечного намерения действия

Оказалось, что наблюдение за дейс­твиями другого человека сопровож­дается активацией трех корковых областей: одна из них. верхняя ви­сочная борозда (ВВБ), содержала нейроны, реагировавшие на движе­ние частей человеческого тела. Две другие — нижняя теменная долька (НТД) и нижняя фронтальная изви­лина (НФИ) — соответствовали НТД и вентральной премоторной коре обезьян, т.е. тем зонам, где у живот­ных были обнаружены зеркальные нейроны.

Намерения и цели

Вновь ненадолго вернемся к Джону и Мэри. Молодой человек

знает не только о том, что девуш­ка срывает цветок, но и о том, что она собирается преподнести его ему в подарок. Джон догадывается о намерениях Мэри по ее улыбке. Он понимает поведение своей подруги, поскольку угадывает ее цель — ведь вручением цветка завершится чере­да действий, составляющих выпол­няемое ей движение.

Делая какой-либо жест, мы осу­ществляем целую серию связан­ных друг с другом моторных актов, последовательность которых опре­деляется нашими намерениями: в результате одного ряда движений мы срываем цветок и подносим его к лицу, чтобы понюхать, а чтобы

взять цветок и вручить его знако­мому, нужно совершить несколько иные телодвижения. Мы решили выяснить, обеспечивает ли систе­ма зеркальных нейронов понима­ние чужих намерений благодаря способности различать сходные маневры, выполняемые с разными целями.

Для этого мы регистрировали активность нейронов теменной об­ласти коры обезьяны в различных ситуациях. В первой серии опытов животное должно было схватить кусочек лакомства и поднести его ко рту. В следующей части экспе­римента от обезьяны требовалось взять с тарелки такой же кусочек

пищи и положить его в сосуд. К нашему удивлению, большинство изученных нейронов обнаружива­ли разный паттерн активности во время «хватательной» части зада­ния в зависимости от его конечной цели. Полученный результат навел нас на мысль, что моторная актив­ность коры мозга животных органи­зована в виде нейронных цепочек, в каждой из которых закодировано определенное намерение, с которым выполняется действие. Но лежит ли тот же механизм в основе другого явления — понимания животным того, что собирается сделать другое существо?

Для выяснения данного вопроса мы регистрировали электрическую активность изученных «хвататель­ных» нейронов у обезьян, которые наблюдали за лаборантом, выпол­нявшим те же задания, что и жи­вотные в предыдущей серии опы­тов. В каждом случае большинство зеркальных нейронов активизиро­вались по-разному, в зависимости от того, отправлял ли человек пищу в рот или клал ее в сосуд. Паттерны импульсации в точности совпадали с теми, что регистрировались при осуществлении действия самими обезьянами: зеркальные нейроны сильнее активизировались при под­несении лакомства ко рту. чем при помещении его в сосуд, точно так же они вели себя и при выполнении аналогичных маневров лаборан­том.

Таким образом, выявлена четкая связь между моторной организа­цией целенаправленных действий животных и их способностью по­нимать, что собираются делать другие. Когда обезьяны наблюдали за действиями человека в некой си­туации, первый («хватательный») компонент движения возбуждал зеркальные нейроны одной из мо­торных цепей, кодировавших оп­ределенные намерения. Какая из цепей активизировалась, когда жи­вотное наблюдало за действиями человека, зависело от ряда факто-

ров, например, оттого, каким пред­метом пользовались участники опыта, от характера эксперимента и от воспоминания о предшествую­щих обстоятельствах.

Существует ли аналогичный механизм распознавания чужих намерений у людей? Мы вместе с Марко Якобони (Marco Iacoboni) и его коллегами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе про­вели ряд исследований с использо­ванием метода магнитно-резонанс­ной томографии (МРТ). Участникам тестов демонстрировали три типа видеоклипов. В первой серии на эк­ране появлялась человеческая рука, берущая чайную чашку двумя раз­личными способами. Во второй де­монстрировались тарелки, ножи и

другие столовые приборы: в первом случае они были аккуратно разло­жены на столе, сервированном для чаепития, а во втором — оставле­ны после еды. Третья серия кадров показывала человеческую руку, фигурировавшую в первой группе клипов и берущую чашку со стола из второй части.

Мы решили выяснить, смогут ли зеркальные нейроны испытуемых распознать действия руки челове­ка, берущего чашку с намерением выпить чаю (контекст клипов, где показан стол перед чаепитием) и взявшего ее, чтобы вымыть (кон­текст кадров, демонстрирующих стол после чаепития). Оказалось, что зеркальные нейроны не только распознавали действия, но и интен­сивно реагировали на их интенци-ональный компонент. Испытуемые, наблюдавшие за движениями руки в «питьевом» или «посудомоечном» контексте, обнаружили различную

деятельность системы зеркальных нейронов, а активность зеркаль­ных клеток в обеих ситуациях была выше, чем в том случае, когда испы­туемые следили за рукой, берущей чашку вне какого-либо смыслового наполнения или когда они попросту смотрели на расставленные на сто­ле приборы.

Сопереживание, обучение, речь

Эмоции, как и действия, воспри­нимаются людьми неоднозначно. Наблюдение за чужими пережива­ниями запускает у нас когнитив­ную переработку соответствующей сенсорной информации, завершаю­щуюся логическим заключением о чувствах другого человека. Однако

такой когнитивный процесс может привести и к непосредственному отображению сенсорной инфор­мации на моторные структуры, что заставит наблюдателя пере­живать то же самое. Между двумя

Date: 2015-08-24; view: 474; Нарушение авторских прав