Чем мозг человека отличается от мозга мыши: ключевой нюанс

На первый взгляд мозг мыши и мозг человека поразительно похожи: те же нервные клетки, сходные молекулярные механизмы электрического возбуждения и многие биофизические явления, выявленные у мышей, применимы и к человеческому мозгу. Тем не менее есть ключевые различия, которые не сводятся лишь к размерам.

Мориц Хельмштедтер, директор исследовательского центра Института исследования мозга им. Макса Планка (Франкфурт) и руководитель исследования, опубликованного в журнале Science, подчёркивает очевидное: «Прежде всего в нашем мозге примерно в 1000 раз больше нервных клеток, что даёт человеку возможность играть в шахматы и писать детские книги, чего мыши, по-видимому, не умеют». Однако один только размер не объясняет, как возникают способности, присущие человеку, — остаётся неясным, какие именно механизмы обеспечивают эти качественные отличия.

Учёные сравнили фрагменты коры человеческого мозга, отобранные хирургами во время биопсии у пациентов, с фрагментами коры мыши, исследовав их под электронным микроскопом.

Анализируя нейронные сети у мышей и людей, исследователи составили полные карты коннектомов — то есть межнейронных связей. Результат оказался неожиданным: в человеческой коре обнаружился новый тип организации нейронной сети, практически отсутствующий у мыши. Эта сеть опирается на многочисленные контакты между тормозными вставочными нейронами (интернейронами).

Какие бывают нейроны

Нейроны условно делят на две большие группы — те, которые взаимодействуют с внешней средой (сенсорные и двигательные), и те, что работают только внутри сети, то есть обмениваются сигналами между нейронами. Последние называются вставочными, или интернейронами. Вставочные нейроны бывают возбуждающими и тормозными. Возбуждающие обычно выделяют в синаптическую щель нейромедиатор глутамат; получивший его нейрон активируется и передаёт сигнал дальше.

Тормозные нейроны выделяют ГАМК, и в результате получатель «затухает» и перестаёт передавать сигнал. В человеческом мозге доля тормозных нейронов оказалась существенно выше, чем у мыши (относительно общего числа клеток). При этом число нейронов, работающих с внешней средой, у человека и у мыши сопоставимо по относительной величине. Получается, что человеческий мозг обладает выраженной «тормозящей» составляющей: внешние реакции кажутся намеренно замедленными.

Зачем человеку «нейротормоза»?

Хельмштедтер объясняет роль тормозных интернейронов так: «Они действуют весьма специфично. Они активны не для того, чтобы возбуждать других, а чтобы заставлять их молчать. Они похожи на воспитателей в детском саду или охранников в музее: их энергоёмкая задача — не дать другим возбудиться. Представьте комнату, полную музейных охранников, которые затыкают друг другу рты — примерно такую структуру развил человеческий мозг!»

Существует гипотеза, что такие тормозные сети удлиняют время хранения недавних событий в рабочей памяти, прежде чем они будут забыты или переданы в долговременное хранение, своего рода жёсткий диск для памяти. По мнению Хельмштедтера, более устойчивая рабочая память облегчает решение сложных задач и расширяет способность к рассуждению. Но это лишь одно из возможных объяснений.

Учёный также отмечает и другие аспекты: «Это может быть и следствием патологических изменений, поэтому такие сети следует изучать в контексте нервно-психических расстройств. И ещё: ни один из современных основных методов искусственного интеллекта не использует подобных межнейронных сетей».

Итак, мы всё-таки не тождественны мышам, а искусственные нейросети далеки от нашей организации. Парадоксально, но, возможно, главным достоинством человеческого мозга является именно способность «тормозить». Видимо, если мы хотим, чтобы искусственные нейросети решали задачи, сравнимые по сложности с человеческими, им придётся осваивать и этот приём.