О кодировании
Я нечасто пишу об идеях в обзорных статьях, поскольку обычно в них нет ничего принципиально нового. Однако, иногда сопоставление фактов позволяет составить более-менее полную картину, на которой оказывается огромное количество пустых мест, которые хочется заполнить. Кому хочется увидеть оригинальный обзор, советую посмотреть эту статью на архиве:
https://www.biorxiv.org/content/early...
Пожалуй, одна из самых скользких тем в современной нейронауки после сознания – это кодирование информации в нервной системе. Даже на курсах по нейробиологии все старательно обходят эту тему стороной до тех пор, пока у студентов не накопиться достаточное количество знаний. Но я все же попробую рассказать в чем дело.
Направление, работающее над декодированием информации в нервной системе с помощью внешних устройств тема популярная и вполне успешная. Чего стоит хотя бы видео, где человек или обезьяна управляет рукой робота (
https://www.youtube.com/watch?v=ogBX18maUiM&t=29s,
https://www.youtube.com/watch?v=wxIgd...), чтобы достать определенный предмет. Посмотрев на это казалось бы можно сделать вывод, что мы уже разгадали нейронный код, раз непосредственно с помощью активности мозга можем управлять внешними устройствами. Но так может показаться только на первый взгляд, собака зарыта глубже.
Для начала можно вспомнить откуда произошел сам термин кодирование. В теории информации, которую разработал Клод Шеннон это одно из базовых понятий. В ней информацию обычно связывают с энтропией. Чем более непредсказуемо сообщение, тем больше в нем информации. Например, в последовательности 385038 информации будет больше, чем 33333 потому что ничего нового после первой 3-ки во втором сообщении нет. Теорию информации часто применяют и в нейронауке, когда говорят о кодировании.
Обычно канал связи состоит из трех частей: источника сигнала, самого канала и получателя сигнала. Когда сигнал идет от источника в канал, как например, из вашего голоса в телефон, происходит кодирование, а когда сигнал из канала к получателю на другом конце, происходит декодирование. В обоих случаях источник и получатель имеют на руках нужную им информацию в форме звуков или символов, которая в лучшем случае проходит без потерь (
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D0%B8). В случае нервной системы, пример довольно просто подобрать. Например, свет (сигнал) преобразуется, т. е. кодируется в виде нервных импульсов или спайков в сетчатке, затем спайки оправляются в таламус, а от туда в первичную зрительную кору (
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0).
Собственно, со всеми чувствами происходит принципиально тоже самое, отличаются лишь механизмы кодирования сигнала: палочки и колбочки в сетчатке, волосковые клетки в улитке, механорецепторы, на коже и другие сенсоры. Дырка в концепции кодирования возникает, когда мы начинаем буквально применять идею информационного канала для нейронов. В случае кодирования звука в телефоне на обоих концах находятся люди, которые говорят на одном языке. Смысл по-прежнему рождается в их головах, а не где-то между ними. Если же мы говорим о сигналах, которыми обмениваются нейроны между собой, то на каком языке они говорят? Более того, адекватно ли использовать метафору человеческого языка для описания информационных процессов в нейронах, которые просто клетки, а не организмы? Метафоры, конечно, помогают нам лучше понять мир вокруг, но могут и завести нас не туда, если мы принимаем их буквально (
http://press.uchicago.edu/ucp/books/book/chicago/M/bo3637992.html).
Для того, чтобы интерпретировать активность нейронов необходимо связать их с характеристиками внешнего мира. В лабораториях обычно такими характеристиками являются свойства стимула, которые предъявляет экспериментатор. Например, в зрительной коре кошки (и всех млекопитающих) есть нейроны, которые отвечают на темную полоску света на экране, показанную под определенным углом. За открытие таких клеток Дэвид Хьюбелл и Торстен Визель получили Нобелевскую прем