Текст книги "Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни"

Если вы в первый раз представляете себе, что означает быть свиньей, вы уж наверняка никогда не воображали жизнь в теле крысы. Вибриссы для крысы – то же, что пятачок для свиньи. Кожа у основания каждой вибриссы чрезвычайно чувствительна к малейшим отклонениям этих специализированных волосков. Вибриссы – хитроумное изобретение, поскольку они позволяют животным выносить тактильные ощущения наружу, за пределы морды. В ночной темноте крысы могут быстро перемещаться по канализационным трубам, полям или подвалам именно благодаря вибриссам, выступающим вперед и в стороны от морды. Когда животное приближается в темноте к предметам или преградам, вибриссы сдвигаются, и так крыса понимает, что в непосредственной близости от нее что-то есть. За счет лицевых мышц крысы способны двигать вибриссами вперед и назад долгими непрерывными волнами, что позволяет собирать тактильную информацию разного типа, включая подробности о природе, форме и текстуре предметов на ее пути. Область соматосенсорной карты S1 крысы, отвечающая за вибриссы, по площади намного превосходит все остальные области[42]42
  Chapin J.K., Lin C.-S. Mapping the Body Representation in the SI Cortex of Anesthetized and Awake Rats. Journal of Comparative Neurology. 229 (1984): 199–213.


[Закрыть], занимая как минимум четверть всей карты. Область вибрисс разделена на зоны, и каждая зона отображает отклонение одной конкретной вибриссы. Как показано на рис. 16, расположение этих зон на карте S1 в точности отражает расположение вибрисс на морде животного. На первой панели рис. 17 показано, в какой степени отображение вибрисс доминирует на соматосенсорной карте S1 крысы. На второй панели представлена фотография окрашенного мозга крысы[43]43
  Lenschow C. et al. Sexually Monomorphic Maps and Dimorphic Responses in Rat Genital Cortex. Current Biology. 26 (2016): 106–13.


[Закрыть], позволяющая увидеть карту S1.

Рис. 16. Схема отображения вибрисс на соматосенсорной карте S1 крысы соответствует расположению вибрисс на ее морде. Художник Пол Ким.

Рис. 17. Соматосенсорная карта S1 крысы (слева) показывает ключевое значение ее вибрисс и морды. Фотография окрашенного среза мозга из участка карты S1 крысы (справа) отражает схему карты тела, включая хвост, лапы, спину и несколько вибрисс. Художник Пол Ким. Источник: Current Biology, vol. 26, no. 1. Copyright © 2016 by Elsevier Inc.

У нас нет таких вибрисс, как у грызунов, но наши ногти и волосы во многом на них похожи. Как и в вибриссах, в них нет тактильных рецепторов, вот почему мы не испытываем боли, когда стрижем ногти или волосы. Но, совершенно определенно, кожей головы мы чувствуем, если нас тянут за волосы, а кожей под ногтем чувствуем, если под ноготь попала заноза или он содран. Вероятно, крысы аналогичным образом ощущают движения вибрисс, но с гораздо большей остротой и чувствительностью. Представьте себе, что у вас из подушечек пальцев растут длинные и гибкие ногти. Когда вы двигаете руками, ногти сгибаются и отклоняются, направляя кончики пальцев в разные стороны под разным углом. Если бы кончики пальцев находились на носу, а не на руках, возможно, вы бы в какой-то степени поняли, что крыса ощущает с помощью вибрисс.

Это упражнение по превращению в крысу выходит на новый уровень, когда мы говорим о том, как крысы используют вибриссы для общения друг с другом[44]44
  Bobrov E. et al. The Representation of SocialFacial Touch in Rat Barrel Cortex. Current Biology. 24 (2014): 109–15.


[Закрыть]. Это можно назвать крысиной версией рукопожатия, однако такая аналогия принижает значение и не отражает интимность этого общения. При встрече или приветствии животные встают нос к носу, так что носы соприкасаются, а вибриссы перекрещиваются. Вместо длительных и непрерывных движений вибриссами крысы совершают короткие неупорядоченные движения. Как будто теребят друг друга за вибриссы. А это приводит к интенсивной стимуляции самого чувствительного органа обеих крыс. В процессе такого социального контакта нейроны на участке карты S1 возбуждаются наиболее активно. Искаженная карта S1 и активность нейронов в этой области обеспечивают связь между простейшим поведением крыс и их ощущениями, что позволяет нам оценить интенсивность опыта, переживаемого крысами при обычном социальном контакте.

Карты мозга очень сильно влияют на наше восприятие мира. Эти карты и описываемые ими ландшафты многое могут рассказать о том, почему мы чувствуем, видим и действуем тем или иным образом. Они показывают, как искажено наше восприятие, и обосновывают наш способ взаимодействия с окружающим миром и способ извлечения из него информации. Они позволяют понять, что в наших чувствах, мыслях и поведении универсально, а что уникально. Они связывают между собой объективную видимую реальность и субъективные переживания у разных людей и даже у разных видов организмов.

Зрительные и соматосенсорные карты мозга показывают, как мозг может транслировать и трансформировать информацию о пространстве на поверхности кожи или о пространстве в поле зрения. Но это только начало истории. Хотя карты по определению описывают пространство, карты мозга не ограничиваются отображением пространства. В частности, наша способность отбирать звуковую информацию определяется спектром невидимых частот. Как мы увидим, этот спектр доступен нам только благодаря изумительной анатомии и чудесам мозговых карт.

4
Из эфира: слуховые карты мозга

Однажды утром в 1940-е годы шестилетний Джеральд Шеа проснулся у себя дома на севере Манхэттена с ощущением необычной усталости[45]45
  Shea G. Song Without Words: Discovering My Deafness Halfway Through Life. Boston: Da Capo Press, 2013.


[Закрыть]. Пришел семейный доктор и диагностировал у мальчика одновременно ветрянку и скарлатину. На протяжении двух тяжелых недель у Джеральда были сыпь, жар и слабость. Прошло еще несколько недель, пропали волдыри и зажили оспинки на коже. Однако долгосрочные нарушения, вызванные болезнью, оставались невидимыми для Джеральда, его семьи и даже для доктора. Они произошли в глубине внутреннего уха с обеих сторон, и болезнь разрушила ценнейшие клетки улиток, так что мальчик перестал слышать высокочастотные звуки.

Юный Джеральд не осознавал этой глухоты, хотя его мироощущение изменилось. Он больше не слышал порывов ветра, гнущего деревья, стука капель дождя по крыше или успокаивающего звука собственных шагов. Но еще важнее то, что он потерял способность слышать многие звуки речи. Хотя он все еще мог участвовать в разговоре, ему стало трудно понимать речь других людей, и эта проблема осталась на всю жизнь.

История Джеральда позволяет понять структуру и неожиданную сложность природных звуков. Мы не воспринимаем эту структуру осознанно, но используем соответствующую информацию для осмысления окружающего мира. Когда Джеральд утратил способность улавливать высокие частоты, для него полностью исчезли звуки, создаваемые некоторыми предметами. Если он слушал симфонию или арию, там не было флейты, скрипки или сопрано, тогда как виолончели, тубы и другие низко звучащие инструменты продолжали издавать различимые звуки. Из речи исчезли такие звуки, как “с”, “ж” или “т”, но гласные вроде “а” остались. Звуки с разными частотами передают информацию разного типа.

Звуковые частоты – важнейший элемент, определяющий производство и осмысление звуков. Однако, в отличие от расположения предметов в видимом пространстве или точек прикосновения на поверхности тела, частота не является пространственным параметром. Можно ли отобразить частоту на пространственной карте? Да, безусловно. На самом деле на примере слуховых карт проявляется многофункциональность карт мозга.

Звук начинается с физического явления – какого-то движения, заставляющего колебаться один или несколько предметов. Это физическое явление может быть любого рода: соударение подметки ботинка с поверхностью пола, разделение бумажных волокон при разрыве листа бумаги или разрезание воздуха винтом вертолета. Результатом в любом случае является колебание. Сначала начинают колебаться предметы, участвующие в физическом явлении. Затем их колебания толкают окружающие молекулы воздуха, в результате чего колебание распространяется от предметов на соседние молекулы воздуха. Эти молекулы воздуха толкают соседние с ними молекулы и т. д., что приводит к возникновению волн давления. Таким образом, вибрация, возникшая в объекте, теперь передается от него по воздуху. О любом колебании нужно знать две вещи. Во-первых, его амплитуду. Амплитуда определяет, в какой степени смещается колеблющийся предмет. Этот параметр соответствует громкости звука, который мы слышим. События с большим выбросом энергии, такие как оружейный выстрел, создают колебания, сильно смещающие молекулы воздуха, и поэтому, если событие происходит поблизости от нас, такие звуки оказываются достаточно громкими. По мере того как колебание распространяется от места события во всех направлениях, оно теряет энергию. Вот почему звук отражает события с большим выбросом энергии вне зависимости от того, происходят они близко или далеко от нас, но о событиях с небольшим выбросом энергии он сообщает только в том случае, если они происходят рядом с нами. Мы усваиваем эту идею с самого раннего детства, хотя, возможно, в другой терминологии. По этой причине мы говорим в полный голос с приятелем, стоящим на другой стороне улицы, но шепотом сообщаем секретную информацию сидящему позади однокласснику.

Во-вторых, нужно знать частоту колебаний. Частота показывает, сколько раз за секунду что-то (предмет или молекулы воздуха) движется вперед и назад. Частоту измеряют в герцах или в циклах в секунду. Частота определяет воспринимаемую высоту звука – слышим мы его высоким или низким. Но это лишь часть информации, которую мы извлекаем из частоты, поскольку в природе все колебания являются сложными и смешанными. События происходят не с какой-то одной частотой, а одновременно с несколькими разными частотами.

Все звуки – от соло саксофона до капель подтекающего крана – являются богатыми и сложными и характеризуются целым спектром частот. Спектр частот, составляющих конкретный звук, несет важнейшую информацию об этом звуке. Для физика, инженера-акустика или нашего мозга наилучший способ охарактеризовать звук заключается в том, чтобы разложить его на профиль индивидуальных частот. Этот профиль – скрытая структура звука. Наш мозг использует его для определения тембра, который, по сути, сообщает, как звучит какой-то предмет или каков этот конкретный звук. Благодаря тембру труба и скрипка, играющие одну и ту же ноту, издают совсем разные звуки. Благодаря тембру мы распознаем знакомые голоса – и понимаем больше, чем просто слова.

К счастью, тело и мозг превосходно приспособлены для выявления и использования скрытых внутренних структур звука. Хитроумное устройство начинается от ушей, где находится важнейший аппарат, обеспечивающий функцию слуха. В человеческом ухе есть несколько миниатюрных косточек и мембран. Эти совместно действующие структуры – чудо инженерии, созданное эволюцией методом проб и ошибок за многие тысячелетия. Каждая часть системы тем или иным образом вносит вклад в решение задачи сбора звуков. Но сам процесс слушания осуществляется в крохотной свернутой улитке уха. Здесь входящие колебания переводятся на язык мозга, так что в результате мы можем воспринимать их в качестве звука.

Улитка уха закручена в виде спирали. Она малюсенькая – не больше горошины, но это наша дверь в мир звука. Развернуть спираль улитки уха так же сложно, как развернуть раковину улитки, но если бы нам удалось это сделать, мы бы обнаружили заполненную жидкостью трубочку длиной около 35 миллиметров. В этом водном туннеле существует хитрая система клеток и тканей, но самая главная часть – ряды вытянутых вдоль трубочки щетинок. Эти щетинки – окончания нежных звуковых рецепторов.

Когда волна давления от происходящего поблизости события достигает нашего уха, весь крохотный механизм внутри уха приступает к работе, усиливая звук и направляя его в заполненную водой улитку, где волна продолжает продвигаться уже не по воздуху, а по жидкости. Волна нарушает миниатюрную архитектуру трубочки и заставляет двигаться крохотные ворсинки звуковых рецепторов. Это движение приводит к усилению возбуждения рецепторов, которые посылают в мозг сигнал об обнаружении звука. Но у рецепторов есть скрытая организация. Это не беспорядочное скопление 14 тысяч случайно собранных клеток. Их укомплектованные ряды выстроены по всей длине трубочки улитки в соответствии с профилем частот. Рецепторы на одном конце трубочки, образующем внешнюю спираль, возбуждаются под действием высокочастотных компонентов колебательного движения. Рецепторы на другом конце, вблизи центра улитки, возбуждаются под действием низкочастотных компонентов звука. Если развернуть улитку и медленно продвигаться от внешнего конца трубочки к внутреннему, мы обнаружим ряды рецепторов, каждый из которых настроен на обнаружение более низких частот, чем предыдущий.

Красота улитки и ее рецепторов заключается в том, что они автоматически разлагают каждый сложный природный звук на простые составляющие частоты в соответствии с законами физики. В этом процессе они выбирают частоту – параметр, связанный со временем, – и отображают ее в пространственном измерении: в данном случае – в одномерном пространстве вдоль трубочки улитки. Активность клеточных рецепторов на одном конце трубочки отражает высокочастотные звуки, а активность на другом конце трубочки соответствует низкочастотным звукам. Когда рецепторы посылают сигналы в мозг, это пространственное отображение частот сохраняется. Сигналы рецепторов передаются через несколько спрятанных глубоко в мозге участков, откуда попадают в первичную слуховую кору A1.

По аналогии с первичной зрительной корой, содержащей карту сетчатки (и, следовательно, карту поля зрения), и первичной соматосенсорной корой, содержащей карту поверхности кожи (и, следовательно, карту тактильных сигналов), первичная слуховая кора отображает звук, используя карту улитки уха. Рис. 18 показывает, что A1 представляет собой непрерывную карту звуковых частот[46]46
  Saenz M., Langers D.R.M. Tonotopic Mapping of Human Auditory Cortex. Hearing Research. 307 (2014): 42–52.


[Закрыть]: низкие частоты отображаются с одной стороны карты, а высокие – с другой. Эта карта позволяет нам осознанно воспринимать звуки. Стимуляция этих участков с помощью электрода заставляет человека слышать гудение или свист[47]47
  Penfild W., Perot P. The Brain’s Record of Auditory and Visual Experience: A Final Summary and Discussion. Brain. 86 (1963): 595–696.


[Закрыть], а их повреждение может привести к глухоте.

Важнейшим ключом к пониманию карты в области A1 и любой другой карты являются рецептивные поля – фрагменты реальности, на отображение которых специфическим образом настроена каждая клетка на карте мозга. Нейроны зрительной карты V1 имеют рецептивные поля, покрывающие участки поля зрения. Нейроны тактильной карты имеют рецептивные поля, охватывающие участки поверхности кожи. А клетки слуховой карты имеют рецептивные поля, отражающие часть диапазона звуковых частот, скажем, звуки с частотой около 1000 Гц. Нейрон на карте A1, предпочитающий частоты в области 1000 Гц, с одной стороны имеет соседей, предпочтительно реагирующих на более низкие частоты (скажем, 900 Гц), а с другой стороны – соседей, реагирующих на более высокие частоты.

Рис. 18. Схема человеческой карты звуковых частот A1. Художник Пол Ким.

Карта частот в области A1 дает такие же преимущества, как карта поверхности тела в области S1 или зрительная карта в области V1. Подобно карте V1, карта A1 позволяет заполнять необъяснимые и маловероятные провалы в восприятии[48]48
  Petkov C. et al. Encoding of Illusory Continuity in Primary Auditory Cortex. Neuron. 54 (2007): 153–65; Riecke L. et al. Hearing Illusory Sounds in Noise: Sensory-Perceptual Transformations in Primary Auditory Cortex. Journal of Neuroscience. 27 (2007): 12684–89.


[Закрыть]. Если звук прерывается громким шумом, люди продолжают его слышать сквозь шум, даже если в реальности в момент появления шума этот звук отсутствует. Это звуковое заполнение можно обнаружить на карте A1, на которой недостающий звук продолжает отображаться таким образом, как будто он не прерывался. Благодаря этому заполнению мы можем переговариваться с приятелем в кафе, не подключаясь заново каждый раз, когда рядом кто-то кашляет или начинает гудеть кофейная машина.

Подобно другим картам мозга, A1 поддерживает локальную обработку сигналов, но в данном случае локальная обработка подразумевает сравнение между сходными частотами, а не сходными точками в зрительном или тактильном пространстве. Нейроны в области A1, настроенные на близкие частоты, тесно связаны маленькими короткими проводками, что сохраняет ценную энергию и пространство мозга. Локальная обработка информации в области A1 помогает слуховой системе идентифицировать ключевые частотные структуры, составляющие сложные звуки. А это, в свою очередь, помогает определять, что это за звуки.

Чтобы понять, насколько действительно важен этот процесс, достаточно проанализировать человеческую речь. Когда мы говорим, мы производим колебания, проталкивая воздух через голосовые связки в гортань. Мы используем резонирующие свойства рта и горла и, изменяя положение языка, губ и зубов, производим специфические сложные звуки, выходящие изо рта.

Если бы я произнесла фразу “Easy come, easy go”[49]49
  “Как пришло, так ушло” или “Такова жизнь” (англ.). (Здесь и далее, если не указано иное, – прим. перев.)


[Закрыть], колебания воздуха, выходящего из моего рта, были бы такими, как показано на рис. 19. Этот график отображает частоты через пространственное измерение. По вертикали отложены частоты в составе звука: более низкие частоты изображены в нижней части рисунка, а более высокие – в верхней части. Горизонтальная ось соответствует времени, и вдоль нее разворачиваются звуки моей речи. Чем темнее точка на рисунке, тем больше амплитуда этой составляющей частоты в произносимом звуке в конкретный момент времени. Если бы вы слушали, как я произношу эту фразу, вертикальные темные и светлые полосы на рисунке превратились бы в активность звуковых рецепторов улиток ваших ушей и активность нейронов вашей звуковой карты A1. Локальная обработка сигналов в области A1 помогла бы вашему мозгу обнаружить важнейшие звуковые структуры и непринужденно превратить эту смесь звуков в произносимые мной понятные слова.

Темные горизонтальные линии на рисунке называются формантами. Они есть во всех гласных звуках, которые произносятся в основном с открытым ртом, так что воздух может проходить более или менее свободно. Когда мы произносим “ай” или “оу”, рот и язык находятся в разных положениях и колебания воздуха, выходящего изо рта и гортани, происходят по-разному. Каждая гласная характеризуется специфическим набором формант, соответствующих разным частотам. Положение трех самых низких формант определяет, какой именно гласный звук мы слышим. На рис. 20 показаны частоты моего голоса при произнесении слов eyes, as и owes[50]50
  Глаза, как, [он] владеет (англ.).


[Закрыть] – трех слов, различающихся только гласными звуками. Три нижних форманты в каждом случае помечены стрелкой. В разных языках используются разные гласные звуки, со специфической расстановкой формант. Однако, поскольку гортань и рот у всех людей на земле похожи, гласные звуки во всех человеческих языках похожи на те, что показаны на рисунке, и их можно идентифицировать по соответствующим формантам.

Рис. 19. График частот моего голоса при произнесении фразы “Easy come, easy go”.

Рис. 20. Идентичность гласных звуков определяется расстановкой формант (темные полосы) в словах eyes, as и owes. Расположение формант указано стрелками.

Согласные звуки формируются по-разному, и каждый имеет уникальные акустические характеристики. При произнесении некоторых согласных звуков движение воздуха на мгновение прекращается, а потом возобновляется с хлопком, как при произнесении согласных “т” или “б”. Другие согласные, такие как “с”, производятся путем проталкивания воздуха через слегка приоткрытый рот. При этом возникают турбулентные потоки воздуха, создающие высокочастотный звук одобрительного свиста.

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]51
  Shea. Song Without Words.


[Закрыть]. 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]52
  Kim H., Bao S. Experience-Dependent Overrepresentation of Ultrasonic Vocalization Frequencies in the Rat Primary Auditory Cortex. Journal of Neurophysiology. 110 (2013): 1087–96.


[Закрыть].

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]53
  Hill J.E., Smith J.D. Bats: A Natural History. Austin: University of Texas Press, 1984.


[Закрыть] 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]54
  Suga N., O’Neill W.E. Neural Axis Representing Target Range in the Auditory Cortex of the Mustache Bat. Science. 206 (1979): 351–53.


[Закрыть]. 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 нейроны, электричество и время.

Расстояния на поверхности кожи, время задержки эха и частота колебаний – непрерывные параметры. Каждая конкретная температура соотносится с другой конкретной температурой очевидным математическим образом. Вообще говоря, два значения температуры – это просто две точки на единой шкале тепла. И то же самое можно сказать о частотах, расстояниях или временны!х задержках. Мозг отображает многие такие параметры с помощью карт.

Однако некоторые проявления нашего мира лучше характеризовать категориями, нежели параметрами. Как соотнести вкус темного сахара со вкусом горчицы или запах сосновой хвои с запахом талька? Многое в нашем мире не описывается простым определением и единственным параметром. Создает ли мозг карты для таких вещей? Два химических ощущения – вкус и запах – описываются с помощью категоризации и идентификации веществ. Через отображение этих ощущений на уровне нейронов проявляется как чрезвычайная гибкость мозговых карт, так и их значительные ограничения.