Вернон Маунткасл

Вернон Маунткасл (англ. Vernon Benjamin Mountcastle; 15 июля 1918, Шелбивилл, Кентукки, США — 11 января 2015, Балтимор, Мэриленд, США) — американский нейрофизиолог, пионер в области исследования коры головного мозга. Наиболее известен открытием кортикальных колонок — функциональных модулей в соматосенсорной коре, что стало фундаментальным вкладом в понимание принципов организации неокортекса. Его работы заложили основы современной нейронауки, в частности, концепции модульной организации коры больших полушарий.

Биография

Ранние годы и образование

Вернон Бенджамин Маунткасл родился 15 июля 1918 года в городе Шелбивилл, штат Кентукки, в семье врача. В 1938 году окончил колледж Роанок (Виргиния) со степенью бакалавра по химии. Затем поступил в Медицинскую школу Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, где в 1942 году получил степень доктора медицины (M.D.).

Научная карьера

После окончания медицинской школы Маунткасл прошел интернатуру и ординатуру по хирургии в госпитале Джонса Хопкинса. В 1944 году был призван на военную службу в медицинский корпус Армии США, где занимался лечением травм периферических нервов. Этот опыт пробудил его интерес к нейрофизиологии.

После демобилизации в 1946 году Маунткасл вернулся в Университет Джонса Хопкинса, где начал исследовательскую работу в лаборатории физиологии под руководством Филиппа Барда. В 1949 году он стал доцентом, а в 1955 году — профессором физиологии. В 1964 году был назначен директором отделения физиологии, а в 1967 году — основателем и первым директором Института нейронаук имени Занвила Кригера (Zanvyl Krieger Mind/Brain Institute) при том же университете, где проработал до выхода на пенсию в 1989 году.

Маунткасл был членом Национальной академии наук США (с 1966 года), Американской академии искусств и наук, а также иностранным членом Лондонского королевского общества (с 1986 года).

Основные научные достижения

Открытие кортикальных колонок

Главным научным достижением Маунткасла стало открытие в 1957 году колончатой организации соматосенсорной коры. В ходе экспериментов на кошках и обезьянах он с помощью микроэлектродов регистрировал активность отдельных нейронов в первичной соматосенсорной коре (S1). Он обнаружил, что нейроны, расположенные строго вертикально (перпендикулярно поверхности коры), реагируют на стимуляцию одного и того же типа рецепторов (например, только на легкое прикосновение или только на давление) и имеют почти идентичные рецептивные поля на коже. Эти вертикальные столбцы клеток, пронизывающие все слои коры, были названы кортикальными колонками (или модулями).

Маунткасл показал, что каждая колонка диаметром около 0,3–0,5 мм является базовой функциональной единицей обработки сенсорной информации. Соседние колонки обрабатывают информацию от соседних участков тела, формируя упорядоченную карту (соматотопию), известную как «гомункулус» Пенфилда, но с уточнением модульной структуры.

Концепция модульной организации коры

Маунткасл распространил принцип колончатой организации на другие сенсорные и ассоциативные области коры. В 1978 году он опубликовал монографию «Организация коры больших полушарий» (The Organization of the Cerebral Cortex), где обосновал, что вся неокортекс состоит из повторяющихся модулей — колонок, которые являются единицами обработки информации. Эта концепция стала одной из центральных в нейронауке и была подтверждена для зрительной (Хьюбел и Визель), слуховой и моторной коры.

Исследования соматосенсорной системы

Помимо колонок, Маунткасл детально изучил пути передачи тактильной и проприоцептивной информации от периферии к коре. Он описал два основных пути: лемнисковый (медиальный лемниск) и спиноталамический, а также их корковые проекции. Он также разработал методы количественного анализа нейронной активности, включая построение перистимульных гистограмм, которые стали стандартным инструментом в нейрофизиологии.

Исследования сознания

В поздний период своей карьеры Маунткасл обратился к философским и нейробиологическим проблемам сознания. В 1998 году он опубликовал книгу «Сознание и физический мир» (Consciousness and the Physical World), в которой предложил, что сознание является эмерджентным свойством сложных нейронных сетей коры, организованных в колонки. Он критиковал дуализм и отстаивал материалистический подход, утверждая, что субъективный опыт может быть объяснен через динамику нейронных ансамблей.

Награды и признание

• Премия Луизы Гросс Хорвиц (1978) — за открытие колончатой организации коры.
• Премия Национальной академии наук США в области нейронаук (1983).
• Золотая медаль Королевского медицинского общества (1986).
• Премия Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования (1983) — совместно с Дэвидом Хьюбелом и Торстеном Визелем.
• Международная премия Гайрднера (1980).
• Медаль Карла Спенсера Лешли (1989).

Влияние на науку

Работы Маунткасла радикально изменили представление о работе коры головного мозга. До его открытий кора рассматривалась как однородная ткань, где нейроны связаны случайным образом. Концепция модулей (колонок) стала основой для понимания того, как мозг обрабатывает сенсорную информацию, и повлияла на развитие искусственных нейронных сетей, нейропротезирования и компьютерного зрения. Его ученики и последователи, включая Апостолоса Георгопулоса и Майкла Мерцениха, продолжили развитие его идей.

Критика и дискуссии

Несмотря на широкое признание, концепция кортикальных колонок подвергалась критике. Некоторые исследователи, такие как Джеффри Хокинс (автор теории «иерархической временной памяти»), утверждали, что колонки не являются строго дискретными единицами, а представляют собой континуум с плавными переходами. Кроме того, в некоторых областях коры (например, в префронтальной) колончатая структура выражена менее четко. Тем не менее, большинство нейрофизиологов признают модульный принцип как фундаментальный, хотя и допускают его вариативность.

Личная жизнь

Вернон Маунткасл был женат на Шарлотте Маунткасл (урожденной Харрис), с которой прожил более 60 лет. У них было трое детей. Он увлекался живописью и игрой на фортепиано. Скончался 11 января 2015 года в Балтиморе в возрасте 96 лет.

Источники

• Mountcastle, V. B. (1957). Modality and topographic properties of single neurons of cat's somatic sensory cortex. Journal of Neurophysiology, 20(4), 408–434.
• Mountcastle, V. B. (1978). The Organization of the Cerebral Cortex. Johns Hopkins University Press.
• Mountcastle, V. B. (1998). Consciousness and the Physical World. MIT Press.
• Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1962). Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat's visual cortex. Journal of Physiology, 160(1), 106–154.
• Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2000). Principles of Neural Science (4th ed.). McGraw-Hill.
• Некролог в The New York Times (2015). Dr. Vernon Mountcastle, 96, Dies; Brain Scientist Discovered Columnar Organization.