Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Таким образом, процесс движения к цели начинается с сенсорных измерений, относящихся к субъекту и внешнему миру, которые затем преобразуются в последовательность моторных действий. Иными словами, двигательный акт запускается с помощью карты преобразования ощущений в движения. Такая карта — одна из многих составляющих планирования движения. Интересно, что для верного выполнения движения это преобразование происходит и в обратном направлении — мозг использует запланированные моторные действия для предсказания того, как изменится сенсорное состояние тела, когда действия будут выполнены.

Зачем мозгу прогнозировать сенсорные события, которые могут произойти в будущем? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем эксперимент. Положите книгу на ладонь левой руки и попросите кого-нибудь взять у вас книгу. Вы заметите, что, когда книга отрывается от вашей руки, ладонь не остается неподвижной, а смещается вверх. Теперь снова положите книгу на ладонь левой руки, а затем возьмите ее правой рукой. Произойдет нечто удивительное: левая рука, державшая книгу, останется абсолютно неподвижной.

Этому знанию можно найти практическое применение: когда на вечеринке официант подойдет к вам с подносом напитков, не берите бокал сами. Пусть официант возьмет бокал с подноса и даст его вам. Эксперимент иллюстрирует две важные особенности нервной системы. Во-первых, сенсорная информация (зрение и проприоцепция) поступает слишком медленно, чтобы мы могли эффективно управлять своим телом. Мы видим, как приятель протягивает руку, чтобы взять книгу с нашей ладони, но эта зрительная информация поступает в отделы мозга, планирующие движение, слишком поздно, чтобы ее можно было использовать для точного снижения мышечной активности, которая требуется для удержания книги. В результате этой задержки происходит перекомпенсация веса книги (теперь уже отсутствующей), и наша ладонь смещается вверх. Во-вторых, когда мы генерируем движение (собираемся взять книгу правой рукой), мозг прогнозирует сенсорные последствия движения еще до того, как оно начинает выполняться. В результате, когда мы берем книгу собственной рукой, мозг предвидит сенсорные последствия этого действия для левой руки и изменяет мышечную активность левой руки таким образом, чтобы компенсировать исчезновение веса книги. Прогнозирование сенсорных последствий моторных команд позволяет нам компенсировать сенсорные задержки, которые мешают управлять движениями[239].

Всем нам знакомы последствия неправильного планирования моторных действий: мы совершаем промахи. Если в примере с кофейной чашкой мозг не будет знать, как выполнить требуемое действие, ваша рука, скорее всего, опрокинет чашку, и ее содержимое выльется на стол. С точки зрения мозга тот факт, что вы опрокинули чашку вместо того, чтобы взять ее и сделать глоток, отражает несоответствие между реальным и прогнозируемым состоянием тела. В нейробиологии такое несоответствие называется ошибкой сенсорного прогноза. Оказывается, наш мозг непрерывно отслеживает эти ошибки и использует их для точной настройки моторного поведения, чтобы не повторять их в будущем. Этот процесс настолько важен для нашей биологии, что обучением на ошибках, по всей видимости, управляют специальные нейронные сети в нашем мозге. Один из проводящих путей, участвующих в исправлении ошибок, задействует мозжечок[240]. При возникновении ошибки сенсорного прогноза мозжечок получает информацию в виде электрических сигналов от нижней оливы — отдела в продолговатом мозге. Эти сигналы об ошибке мозжечок использует для предсказания и исправления ошибок в будущем.