Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни - Ребекка Шварцлоуз
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Распознавание звуков и, следовательно, построенных из них слов определяется частотами, формирующими эти звуки. Вот почему Джеральд Шеа с трудом понимал речь. Когда он потерял способность слышать высокочастотные звуки, информация о структуре звуков стала неполной. Он просто не мог улавливать частоты многих звуков речи, определяющие суть этих звуков. Обращая пристальное внимание на губы говорящего и рассматривая каждое неполное сообщение в качестве пазла, который требуется сложить, он мог заполнять многие пробелы и участвовать в разговоре[51]. Однако это требовало усилий, и он допускал ошибки. Фраза “Прекрасное северное сияние” могла превратиться в “Красный веер Яни”, а “С утра пораньше пели птицы” – в “У трапа съели пиццу”. В разговорной речи – главном способе общения для большинства людей на Земле – звуковые частоты являются мостиком между тем, что подразумевает один человек, и тем, что слышит другой. Каждый день понимание каждой произнесенной фразы достигается именно за счет информации, заключенной в звуковых частотах.
Иные способы слышать
Карты мозга позволяют не только анализировать наш слух, но и понять, как другие существа извлекают информацию из колебаний воздуха. Человеческий слух в лучшем случае (в случае молодых людей, избегающих концертов с громкой музыкой и другого сильного шума) позволяет регистрировать звуковые частоты в диапазоне примерно от 20 до 20 000 Гц. Этот диапазон кажется весьма солидным, но он несравним с диапазоном восприятия других существ, ползающих и бегающих по земле. Например, обычной крысы. Как вы уже знаете, крысы очень общительные животные. Кроме варианта “рукопожатия” путем перекрещивания вибрисс они общаются еще и с помощью свистящих звуков с частотой более 30 000 Гц, что намного выше, чем может уловить человеческое ухо. Взрослые крысы переговариваются с незнакомцами короткими звуками с частотой вплоть до 60 000 Гц, а детеныши призывают мать более долгими жалобными криками с частотой до 40 000 Гц[52].
Это отражено на карте звуковых частот в области A1 мозга крысы, где нейроны с предпочтением к низким частотам порядка 1000 Гц с одной стороны плавно сменяются нейронами с предпочтением к частотам до 70 000 Гц с другой стороны. Когда крыса слышит высокочастотные звуки, они отображаются на высокочастотной стороне карты A1. Активность нейронов на нашей карте A1 отображает внешний звуковой ландшафт, и то же самое происходит на карте A1 крысы. Но из-за разницы наших слуховых возможностей эти ландшафты различаются, даже если мы находимся в одном и том же помещении. Как-нибудь вечером, сидя дома в спокойной обстановке, задумайтесь о том, что, возможно, где-то совсем рядом крысы приветствуют друг друга, но вы в буквальном смысле остаетесь глухи к их приветствиям.
Частота – основной “язык” слуха и важнейший параметр слуховых карт мозга, но это не единственный параметр звука. Мы используем звук не только для того, чтобы определить, что что-то происходит, но и понять, где это происходит. Наш летающий родственник, летучая мышь, являет собой прекрасный пример того, как карты мозга отображают локализацию источника звука. Эти ночные хищники умеют ориентироваться и хватать добычу в темноте. Не ожидая, что жертва издаст звук, летучая мышь сама подает сложные звуковые импульсы и определяет местонахождение жертвы в ночной темноте, анализируя ушами возвращающееся эхо.
Вот пример усатых летучих мышей (подбородколистых рукокрылых), названных так за эффектную полоску длинной шерсти вокруг рта. Усатые летучие мыши живут большими колониями в лесах и засушливой местности и по ночам охотятся на насекомых. Процесс охоты состоит из трех этапов. Сначала летучая мышь должна обнаружить добычу (этап поиска). Когда она что-то нашла, она стремительно приближается к цели (этап приближения) и наконец нападает с близкого расстояния (завершающий этап). Исключительно с помощью звуковых импульсов и эха[53] усатая летучая мышь может обнаружить маленькую фруктовую муху на расстоянии более трех метров и оценить скорость передвижения жертвы с точностью до 10 сантиметров в секунду, и все это в темноте. Когда летучие мыши нацеливаются на добычу, они определяют расстояние до жертвы на основании времени возвращения звуковых импульсов в виде эха: чем позже слышится эхо, тем дальше добыча. В мозге летучих мышей задержка эха определяет расстояние. Иными словами, время приравнивается к расстоянию.
Усатые летучие мыши имеют в слуховой коре специфический отдел, обрабатывающий информацию о задержке эха[54]. Нейроны этой части мозга возбуждаются в ответ на эхо, но только в том случае, если издаваемый животным сигнал и его эхо разделены конкретным временным интервалом. Эта область коры содержит непрерывную карту задержки эха: нейроны, отвечающие на кратчайшую задержку (менее 0,5 миллисекунды), находятся с одной стороны, а те, которые предпочтительно реагируют на более длительную задержку (около 18 миллисекунд), локализованы с другой стороны. На рис. 21 представлена карта задержки эха; пунктирными линиями и подписями помечены ключевые элементы этой непрерывной карты. Хотя мы описываем и размечаем эту карту в терминах времени (миллисекунды), в конечном итоге это карта пространства: по сути, это карта ночного охотничьего пространства летучей мыши, находящейся в полете. Это пространство начинается на расстоянии нескольких сантиметров от усатой морды животного и простирается в темноту на несколько метров.
Рис. 21. Карта задержки эха в мозге усатой летучей мыши: задержка эха (время) коррелирует с пространственным параметром (расстоянием между летучей мышью и ее жертвой). Художник Пол Ким.
Эта пространственно-временная карта задержки эха является еще одним примером искажения карт мозга за счет увеличения для наилучшего соответствия нуждам животного. Если задержка эха составляет от 3 до 8 миллисекунд, значит, добыча находится от летучей мыши на расстоянии от 50 до 140 сантиметров. Такое расстояние достигается на этапе приближения, когда летучая мышь стремительно бросается на жертву. Нейроны, предпочтительно реагирующие в этом диапазоне, занимают непропорционально много места на карте задержки эха, уточняя соответствующую информацию и отдавая ей приоритет, что помогает этому стремительному полету.
Слуховые карты мозга отражают сложность структуры звука и демонстрируют удивительные возможности для извлечения жизненно важной информации из колебаний среды. Они также показывают, каким образом пространственные карты могут отображать непространственные явления. В этом заключается красота отображения. Мы можем начертить расположение египетских пирамид почти на чем угодно (на запотевшем стекле или на прибрежном песке), и аналогичным образом мы можем построить карты расстояний, времени, частот, температуры и многого другого, пользуясь одним и тем же набором материалов: в случае карт мозга это
