The science of imagination - Andrey Vyshedskiy

Нейробиология воображения — Андрей Вышедский

Переводчик: Rostislav Golod Редактор: Natalia Savvidi

Imagine, for a second, a duck teaching a French class,

На секунду представьте себе в роли учителя французского... утку,

a ping-pong match in orbit around a black hole,

игру в пинг-понг где-то рядом с чёрной дырой,

a dolphin balancing a pineapple.

дельфина, у которого на клюве ананас.

You probably haven't actually seen any of these things,

Скорее всего, вы никогда раньше не встречали ничего подобного.

but you could imagine them instantly.

Но вы можете почти мгновенно себе это представить.

How does your brain produce an image of something you've never seen?

Как же в мозге создаётся изображение того, чего вы никогда не видели?

That may not seem hard,

Кажется, что всё просто,

but that's only because we're so used to doing it.

но это только потому, что вы часто себе что-то представляете.

It turns out that this is actually a complex problem

Оказывается, что это весьма непростая задача,

that requires sophisticated coordination inside your brain.

для выполнения которой необходима сложная координация работы мозга.

That's because to create these new, weird images,

Ведь для новых, необычных образов

your brain takes familiar pieces and assembles them in new ways,

мозг берёт знакомые фрагменты и создаёт из них новые комбинации,

like a collage made from fragments of photos.

как делают коллаж из фрагментов фотографий.

The brain has to juggle a sea of thousands of electrical signals

Мозг вынужден задействовать мириады электросигналов,

getting them all to their destination at precisely the right time.

направляя их в одном направлении точно в определённое время.

When you look at an object,

Когда смотришь на предмет,

thousands of neurons in your posterior cortex fire.

возбуждаются тысячи нейронов в задней части коры головного мозга.

These neurons encode various characteristics of the object:

Эти нейроны кодируют различные свойства предмета:

spiky, fruit, brown, green, and yellow.

колючий, фрукт, коричневый, зелёный, жёлтый.

This synchronous firing strengthens the connections between that set of neurons,

Благодаря синхронной активации укрепляются связи между пучками нейронов

linking them together into what's known as a neuronal ensemble,

и образуются так называемые нейронные ансамбли.

in this case the one for pineapple.

В нашем случае — ананаса.

In neuroscience, this is called the Hebbian principle,

В нейробиологии это называется принципом Хебба:

neurons that fire together wire together.

нейроны, возбуждаемые вместе, связываются друг с другом.

If you try to imagine a pineapple later,

Если представить себе ананас позже,

the whole ensemble will light up, assembling a complete mental image.

возбуждается вся их совокупность, и в мозге возникает целостный образ.

Dolphins are encoded by a different neuronal ensemble.

Дельфины кодируются другой нейронной совокупностью.

In fact, every object that you've seen

Фактически любой увиденный вами предмет

is encoded by a neuronal ensemble associated with it,

кодируется соответствующей ему нейронной совокупностью,

the neurons wired together by that synchronized firing.

а нейроны в совокупности связаны вместе одновременным возбуждением.

But this principle doesn't explain the infinite number of objects

Но этот принцип не может объяснить, почему мы в состоянии представлять себе

that we can conjure up in our imaginations without ever seeing them.

неограниченное число предметов, которые мы никогда раньше не видели.

The neuronal ensemble for a dolphin balancing a pineapple doesn't exist.

Нейронной совокупности для дельфина с ананасом на клюве не существует.

So how come you can imagine it anyway?

Так как же вы можете его себе представить?

One hypothesis, called the Mental Synthesis Theory,

Одна гипотеза, так называемая теория синтеза умственной структуры,

says that, again, timing is key.

утверждает, что, опять-таки, самое главное — это время.

If the neuronal ensembles for the dolphin and pineapple

Если нейронные совокупности дельфина и ананаса

are activated at the same time,

возбудятся одновременно,

we can perceive the two separate objects as a single image.

мы сможем представить два отдельных предмета как единый образ.

But something in your brain has to coordinate that firing.

Но в мозге что-то должно управлять возбуждением нейронов.

One plausible candidate is the prefrontal cortex,

Первый наиболее подходящий кандидат на эту роль — префронтальная кора,

which is involved in all complex cognitive functions.

которая выполняет все сложные когнитивные функции.

Prefrontal cortex neurons are connected to the posterior cortex

Нейроны префронтальной коры связаны с задней теменной корой

by long, spindly cell extensions called neural fibers.

с помощью длинных, веретенообразных отростков — нервных волокон.

The mental synthesis theory proposes that like a puppeteer pulling the strings,

В теории предполагается, что так же, как кукловод дёргает за нитки,

the prefrontal cortex neurons send electrical signals

нейроны префронтальной коры передают электрические сигналы

down these neural fibers

по нервным волокнам

to multiple ensembles in the posterior cortex.

многочисленным совокупностям задней теменной коры.

This activates them in unison.

Благодаря этому процессу нейроны возбуждаются в унисон.

If the neuronal ensembles are turned on at the same time,

Если нейронные совокупности включаются одновременно,

you experience the composite image just as if you'd actually seen it.

вам кажется, будто вы только что увидели составленный вами образ.

This conscious purposeful synchronization

Эта сознательная, целенаправленная синхронизация

of different neuronal ensembles by the prefrontal cortex

различных нейронных совокупностей префронтальной коры

is called mental synthesis.

называется синтезом умственной структуры.

In order for mental sythesis to work,

Для того, чтобы происходил синтез умственной структуры,

signals would have to arrive at both neuronal ensembles at the same time.

сигналы должны поступать одновременно в обе нейронные совокупности.

The problem is that some neurons

Однако сложность в том, что некоторые нейроны

are much farther away from the prefrontal cortex than others.

слишком удалены от префронтальной коры по сравнению с другими.

If the signals travel down both fibers at the same rate,

Если сигналы идут по обоим волокнам с той же частотой,

they'd arrive out of sync.

то они поступят не в унисон.

You can't change the length of the connections,

Невозможно регулировать длину соединений,

but your brain, especially as it develops in childhood,

но ваш мозг, особенно в период его развития в детстве,

does have a way to change the conduction velocity.

способен менять свою скорость проводимости.

Neural fibers are wrapped in a fatty substance called myelin.

Нервные волокна покрыты жирообразной оболочкой — миелином.

Myelin is an insulator

Миелин служит изоляционным материалом,

and speeds up the electrical signals zipping down the nerve fiber.

а также увеличивает скорость прохождения электросигналов по нервному волокну.

Some neural fibers have as many as 100 layers of myelin.

Некоторые нервные волокна содержат до 100 слоёв миелина.

Others only have a few.

А некоторые — всего несколько.

And fibers with thicker layers of myelin

Волокна, на которых слой миелина толще,

can conduct signals 100 times faster or more

могут проводить сигналы в сто и более раз быстрее,

than those with thinner ones.

чем те, у которых этот слой тонкий.

Some scientists now think that this difference in myelination

Некоторые учёные считают, что различием в толщине миелинового слоя

could be the key to uniform conduction time in the brain,

может объясняться одинаковое время прохождения сигнала в мозге

and consequently, to our mental synthesis ability.

и, как следствие, способность к синтезу умственной структуры.

A lot of this myelination happens in childhood,

Формирование миелиновой оболочки происходит в детстве,

so from an early age,

так что с раннего возраста

our vibrant imaginations may have a lot to do with building up brains

наши самые яркие фантазии, возможно, связаны с процессом формирования мозга,

whose carefully myelinated connections

а его старательно завёрнутые в миелиновую оболочку соединители

can craft creative symphonies throughout our lives.

способны творить в нашей жизни симфонии огромной созидательной силы.