Марко Магрини

Мозг. Инструкция пользователя

О книге Марко Магрини «Мозг. Руководство пользователя»

Мир вокруг нас стремительно меняется во многих отношениях. В этом движении едва ли не опережающими темпами меняются предпочтения читателей: все больше интереса к природе самого человека, к ресурсам его психических функций, к загадкам необычных способностей и всевозможным методам развития этих способностей, к тайнам строения и механизмов мозга, наконец, к возможностям его футуристических апгрейтов. Однако мало кто задумывается, что мозг человека, так же как и сердце, и желудок, требует бережного к нему отношения: необходимо, чтобы под рукой всегда были «инструкции», как им пользоваться и как «починить» в случае чего. Книга замечательного научного журналиста Марко Магрини «Мозг. Руководство пользователя» как раз об этом. Анатомически мозг человека очень хорошо изучен, уже многократно порезан на тончайшие слои и просвечен рентгеновскими лучами, до клеток и молекул, рассмотрен в магнитно-резонансных и позитронно-эмиссионных томографах, измерен в электрических и магнитных полях изнутри и снаружи. И все это богатство новейших профессиональных знаний автор просто и очень доступно изложил в первых главах своей книги. Понятно, что как бы хорошо ни было описано некое электронное устройство, каким бы образным языком автор ни рассказывал о транзисторах, о схемах их объединения в чипы, а потом и в целые функциональные агрегаты, – понять, что это, к примеру, всего лишь блок управления стиральной машиной, было бы невозможно, если не посмотреть его в действии. Мозг в действии – это следующие несколько глав книги. Здесь не только про управление руками и ногами и про органы чувств – здесь вся палитра психической активности мозга: от памяти и мышления до принятия решений и сознания, от элементарных эмоций и аффектов до эстетических чувств. Рассказано даже о свободе воли, о любви и счастье. Может, в этом месте мы не все согласимся с таким авторским пассажем: «Любовь живет вовсе не в сердце. Она обитает в мозгу, в особом нежном участке лимбической системы. Это, конечно, не значит, что нужно всерьез запретить все песни и стихи о сердце, полном любви, однако наше время открыло суровую реальность: любовь – это не что иное, как деятельность нейронов». И далее автор вконец разрушает наши детские представления о спящих красавицах и прекрасных принцах, переводя их романтические отношения в какие-то перетасовки между нейронами, погруженными в коктейли из гормонов и медиаторов. Но в конечном итоге Марко Магрини все-таки проговаривается об истинном положении дел: «Так называемая романтическая любовь – счастливый дар, отклонение, характерное для цивилизации sapiens». Это, оказывается, и есть лейтмотив всей книги: мы с вами и наш мозг – счастливый дар. И уже в исследовании мозговых «механизмов» счастья автор приходит к удивительному выводу: «Хоть нам и кажется порой, что все пропало, но поверьте, всегда найдется тот, кому значительно хуже, чем нам; одна эта мысль запросто может запустить выработку дофамина». Оказывается, при всем уважении к нейрофизиологам с их нейронными разработками, все обстоит совсем наоборот: игрой нейронов и медиаторов управляют… мыслительные конструкции, наши психические образы, наши мечты и чувства. Это признак очень хорошей научно-популярной литературы, когда автор не навязывает читателю ученые премудрости, но умело стимулирует читателя к творческим трактовкам академически верифицированных фактов. К тем самым творческим актам, которые, по словам автора, «скоро поменяются ролями с глобальной экономической конкуренции, и станут движителем прогресса, поскольку новизна идей начинает играть более важную роль, чем стоимость товара». Этот дискурс про творческое начало в деятельности мозга человека автор продолжает в заключительных главах про «версии будущего» и искусственный разум. Его совершенно не впечатляют достижения современных версий искусственного интеллекта, запросто обыгрывающего великих шахматистов и титулованных игроков в го и в Jeopardy. «Выход на сцену искусственного интеллекта произойдет неизбежно и принесет новые проблемы и новые успехи, и это событие обещает новую волну технологического прогресса…» – пишет Марко Магрини. Но в отличие от систем искусственного интеллекта «… в любом новом изобретении человека есть частичка божества». Автор оставляет нас с мыслью об этой «частичке божества», которая всегда будет отличать интеллект человека от любых искусственных конструкций, как бы много они ни запоминали и как бы быстро ни считали. Александр Каплан, доктор биологических наук, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов на биологическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова, автор научно-популярной книги «Тайны мозга»

Вместо вступления

Спасибо большое, дорогой читатель, что вы приобрели эту книгу, написанную специально для вас. Прошу вас прочесть ее внимательно, и по возможности всегда держите ее под рукой, на тот случай, когда вам потребуется найти ответ на ваш вопрос.

Наш мозг служит нам безупречно, и это поразительно. Он обеспечивает одновременную работу органов чувств, через которые в него поступает информация об окружающей среде, нервной системы, отвечающей за двигательные способности, в нем безостановочно кипит работа сознания, от которой зависит понимание ситуации и принятие решений. А еще мы пользуемся всем этим в течение достаточно долгих лет!

Знаменитый изобретатель Томас Эдисон однажды заявил, что «наше тело служит в основном носителем для мозга». Этой странной фразой он хотел сказать, что мы суть наш мозг.

В мире издаются миллионы учебных пособий. На сайте www.manualsonline.com их 700 тысяч, и многие из них посвящены машинам самого разного предназначения – от фритюрницы до газонокосилки, от электрической зубной щетки до автоматической гаражной двери. Однако в этом море разнообразной технической информации не найти материалов о самой совершенной машине в мире, которой к тому же обладает каждый человек. Мозг и в самом деле является машиной, по крайней мере в том смысле, что он непрерывно совершает множество расчетов, расшифровывая одномоментно огромный объем информации, поступающей от параллельно действующих сенсорных устройств, из коих самым сложным, пожалуй, является наше зрение. Работу мозга можно описать с помощью набора алгоритмов – как если бы наш разум пропускал полученную информацию через специальную программу, установленную на оборудовании, спрятанном в нашей голове.

Конечно, мозг не является машиной в буквальном смысле слова. В нем нет ни программного обеспечения, ни оборудования. Некоторые специалисты называют его wetware – «влажное оборудование» (по аналогии с английским названием software, обозначающим программное обеспечение), подчеркивая тем самым его биологическое, природное происхождение. Мозг является самым восхитительным – и самым загадочным – продуктом эволюции. Восхитительным, поскольку ничто другое во Вселенной не может сравниться с ним по степени сложности. Несмотря на то что он состоит из тех же атомов периодической таблицы Менделеева, что и звезды, он способен на поразительные вещи: мыслить, говорить и действовать. И тем самым участвовать в создании собственного мира.

И он загадочен, поскольку наука – его собственное создание – не может сказать, что знает о нем достаточно. Да какой там достаточно – почти ничего не знает!

Ученые не только не знают толком, как мозг функционирует, но и не могут прийти к согласию, что вообще можно считать реальностью. Вообразите, что определение сознания, самого главного свойства мозга, потребовало столетий яростных дискуссий, так и не приведших к единому мнению. И спорят о мозге не только философы и теологи.

В качестве примера можно также привести отсутствие единого мнения по проблеме знакомого всем людям временного отключения сознания, именуемого сном: существует не менее двух десятков различных теорий, почему мозгу нужно периодически засыпать (при этом продолжая работу). Если на то пошло, нет и общей теории нарушений сна и вызванных ими недугов типа депрессии. Да и о самой депрессии единой научной теории не существует. И так до бесконечности.

Но тем не менее современная наука знает о мозге уже довольно много. Древние философы спорили, где находится разум – в голове или в сердце, и некоторые авторитеты, например Аристотель, склонялись ко второму вместилищу. Сегодня же мы знаем, что мозг является центром контроля нервной системы всех представителей позвоночных и значительной части беспозвоночных. Мы знаем, как мозг эволюционировал и из чего состоит, знаем, что в каждой его клетке хранится генетический код, и можем его прочесть. У нас есть специальные технологии типа МРТ (магнитно-резонансная томография) и МЭГ (магнитоэнцефалография), которые позволяют наблюдать когнитивные функции в действии. Можно сказать, что мы на бешеной скорости продвигаемся по пути познания систем функционирования мозга.

Инструкцию по пользованию холодильником составляет специалист по холодильникам. Наш мозг является продуктом эволюции, которой потребовались миллионы лет на его создание, и только он сам может подобрать ключи к самому себе, и на их поиск ушли труды многих поколений ученых, искавших разгадку этой тайны. Эволюция жизни на Земле создала условия для эволюции разума, который неизбежно пытается познать сам себя.

Труд, который содержал бы все, что мы знаем или полагаем, что знаем о мозге, был бы монументальным томом, доступным только специалистам по высшей нервной деятельности. Настоящее сочинение предназначено, наоборот, для самых обычных читателей, у которых, как и у всех, тоже есть мозг. Эта книга представляет собой сборник простых объяснений одной из самых сложных вещей на свете, и они, эти объяснения, смогут, я надеюсь, принести пользу вам в вашей повседневной жизни.

«Если бы человеческий мозг был так прост, что мы могли бы его понять, мы были бы так просты, что не смогли бы его понять». Этот знаменитый афоризм столь знаменит, что его приписывают по крайней мере трем разным авторам[1].

В конце концов человечеству удастся прийти к разгадке тайны мозга, мы в этом уверены. Это вопрос времени. Не завтра, но через двадцать, сто или двести лет представители вида Homo sapiens смогут понять, как устроен их собственный мозг. Однако только на формулирование вопросов у нас ушло несколько сотен веков – с момента появления нашего вида в результате эволюции.

Настоящее руководство не заглядывает ни в историю блужданий в потемках невежества, ни в отдаленное, плохо предсказуемое будущее научного знания. Мы рассмотрим, с чем мы имеем дело сегодня в области знаний о человеческом мозге. На самом деле знаний этих намного больше, чем вы можете себе представить.

Возможности современных технологий, а также поразительные открытия в области нейробиологии, сделанные за последние двадцать лет, ежечасно подтверждают гениальное предвидение Сантьяго Рамон-и-Кахаля, одного из отцов-основателей современной нейрофизиологии. Еще в 1897 году он написал: «Каждое человеческое существо, при определенной склонности к познанию, может стать исследователем собственного мозга». Нам повезло, что его мозг, как в общем-то и мозг любого другого человека, умел задаваться вопросами «как?» и «почему?».

1. Какими мы видим самих себя

Каждую секунду, и в том числе когда вы читаете эти строки, в нервной системе человека происходят миллионы химических реакций, которые мы не ощущаем. Эти процессы служат мозгу языком, на котором он общается с нашим организмом: получает информацию, обрабатывает и передает команды.

Ученые прошлого действительно полагали, что мозг является механизмом. Рене Декарт сравнивал его с гидравлическим насосом, Зигмунд Фрейд – с паровой машиной, а Алан Тьюринг – с компьютером, – каждый мыслитель выдвигал идею в соответствии с техническими достижениями своего времени. Естественно, что Тьюринг подошел ближе всех к современным взглядам на мозг. Конечно, в прямом смысле слова мозг компьютером не является, однако у них довольно много общего. Оба «устройства» передают информацию с помощью электрических импульсов.

В компьютере информация зашифрована с помощью двоичного цифрового кода (сочетание единиц и нулей), а способ передачи информации в мозге можно назвать аналоговым (колебания электрического потенциала в диапазоне нескольких милливольт). Это чрезвычайно сложный процесс: когда объем поступающей информации вдруг превышает некий уровень, нейрон в буквальном смысле «выстреливает» электрическим зарядом в соединенный с ним соседний нейрон. Но до тех пор, пока уровень не будет превышен, не произойдет ничего. Во многом это похоже на действие двоичного цифрового кода: да – ток включен, нет – выключен [см. «Синапсы», стр. 33].

Оба процесса в принципе можно выразить с помощью вычислений, однако компьютер действует последовательно, в единицу времени он производит лишь одну из прописанных в программе операций. А вот мозг умудряется выполнять операции параллельно, делая одновременно множество самых разных расчетов и оценок [см. «Чувства», стр. 115]. Но будущее уже на пороге – микропроцессоры, предназначенные для графических приложений (так называемые ГПУ, графическое процессорное устройство, специальный микрочип), используют технологию параллельных вычислений.

Обоим этим устройствам, что мозгу, что компьютеру, требуется питание. Компьютер потребляет пищу в виде электронов, а мозг – в виде молекул кислорода и глюкозы [см. «Питание», стр. 101]. Оба обладают памятью – первый использует кремниевые полупроводниковые пластины, второму же достаточно несколько раз повторить синаптическое соединение. Человеческая память строится на обучении, упражнении и повторении [см. «Память», стр. 83].

Оба устройства менялись с течением времени, но совсем по-разному: развитие вычислительной техники носит экспоненциальный характер – количество операций, производимых в единицу времени, удваивается каждые два года; мозгу же Homo sapiens понадобилось не менее 500 миллионов лет, чтобы превратиться из достаточно примитивного органа первых позвоночных в то, что находится сегодня в нашей голове. Скорость, с которой происходят изменения, совершенно иная – за последние 50 тысяч лет человеческий мозг практически не изменился, и сегодня в голове у Homo sapiens функционирует та же «модель», что и у предков [см. «Топография», стр. 53].

На протяжении долгих веков ученые считали, что человеческий мозг практически не изменяется, за исключением периода детства, когда люди учатся ходить и говорить. Они полагали, что мозг не поддается лечению и восстановлению после травм и повреждений, а отстающий в учебе ребенок является навеки заложником ограниченных когнитивных способностей. Эти убеждения создавали почву для всевозможных видов социального неравенства, бремя которых считалось долгие годы фатальным – низшие слои общества были обречены на дурные привычки и зависимости. До последнего времени считалось, что в восемьдесят лет человек не может иметь такую же память, как в пятьдесят.

Только в 70-х годах XX века исследователи смогли убедиться, что на самом деле все обстоит совершенно по-другому: мозг непрерывно меняется. Именно изменения лежат в основе любой мозговой деятельности. Способность мозга к изменениям, которую ученые назвали «пластичностью мозга» [см. «Пластичность», стр. 87], превзошла все ожидания – мозг оказался весьма схожим с компьютером, процессы которого идут в асинхронном и параллельном режиме. К тому же этот компьютер способен по ходу работы менять собственное программное обеспечение. Это чрезвычайно хитроумное программное обеспечение, записанное с помощью атомов и молекул, связывает в единую сеть около 86 миллиардов нейронов, помещающихся примерно в полутора килограммах мозгового вещества. Каждый нейрон способен не менее 200 раз в секунду передавать сигналы тысячам соседних нейронов – в результате мозг способен совершать примерно 38 миллионов миллиардов операций в секунду! Распространенное заблуждение, что человек использует свой мозг всего на 10 %, является не более чем мифом [см. «Опровержение распространенных мифов», стр. 225].

Самое потрясающее, что наш мозг потребляет на эти процессы не более 13 ватт/час. Ни один компьютер в мире пока не может сравниться с вычислительными способностями человеческого мозга («вычисления» в данном контексте обеспечивают функционирование зрения, слуха, воображения), с его потрясающей энергетической эффективностью. И это только начало.

Почти все клетки человеческого организма находятся в процессе непрерывного рождения, развития, умирания. Все, кроме нервных, – они сопровождают человека всю его жизнь, от рождения до смерти [см. «К концу жизни», стр. 230]. Именно они делают человека человеком. Индивидуальность, способности и таланты, знания и словарный запас, наклонности и вкусы, даже воспоминания о прошлом записаны в личной нейронной карте [см. «Личность», стр. 166]. В мире нет двух людей с одинаковым мозгом, даже мозги близнецов не идентичны.

Поразительно, но это устройство способно, в определенных пределах, починить самое себя. Когда какой-либо его участок оказывается поврежденным в результате несчастного случая, мозг способен перепрограммироваться, перенести самостоятельно функции из раненых областей в здоровые [см. «Зрение», стр. 121]. Иногда перераспределение деятельности может затронуть весьма обширные области мозга (например, в случае утраты зрения области, ответственные за визуальные способности, перераспределяются между другими чувствами), но обычно оно затрагивает небольшие участки, поскольку многие нейроны в течение нашей жизни умирают и не восстанавливаются. При этом живые нервные клетки прекрасно знают, как им нужно реорганизоваться, чтобы последствия гибели нервной ткани не сказались на человеческом существовании фатальным образом [см. «Развитие способностей мозга», стр. 243]. В обычном процессоре поломка транзистора на одной из кремниевых плат может привести к прекращению работы компьютера. В мозге же в случае отказа одного из синапсов, ответственного за обеспечение 150 тысяч миллиардов связей между нейронами, сигнал тревоги не успевает включиться – процессы переключаются спонтанно.

Влияние одного-единственного нейрона на сотни связанных с ним клеток нервной ткани может быть и сильным, и очень слабым, в зависимости от прочности и устойчивости синапса. Согласно правилу, сформулированному канадским ученым Дональдом Хеббом в 1949 году, «Neurons that fire together, wire together» («Нейроны, которые вместе возбуждаются, соединяются вместе»). Нейроны, через которые нервный импульс проходит одновременно, соединяются и усиливают друг друга.

Благодаря этой способности мозг может постепенно преобразовывать отдельные участки: создавать новые синапсы, усиливать способности действующих, удалять нефункционирующие [см. «Первые шаги», стр. 97]. Значительное количество мозговых функций – например, способность к обучению – зависит от постоянного обновления синаптических соединений, от их мощности и устойчивости. В конечном счете, опровергая научные взгляды прошлого, можно утверждать, что к человеческому мозгу неприменимы понятия неизменности и постоянства:

• Мозг постоянно находится в состоянии самосохранения.

• Ребенок, считавшийся «безнадежным двоечником», может внезапно «научиться учиться»; надо просто поощрять его, а не убивать на корню любую инициативу [см. «Обучение», стр. 179].

• С любой вредной привычкой, сколь бы застарелой и милой сердцу она ни была, можно расстаться. Даже сильные зависимости, такие как игромания, могут быть поставлены под контроль и подчинены воле человека [см. «Привычки и зависимости», стр. 212].

• Старушка может сохранить память молодой женщины, если не прекратит учиться и напрягать умственные способности [см. «Учиться, учиться и еще раз учиться», стр. 235].

• А вот длительный стресс, даже если он не приводит к посттравматическому синдрому, вызывает необратимые изменения в мозгу, причем в долгосрочной перспективе [см. «Хронический стресс», стр. 216].

Внимание: эта книга является научно-популярной [см. «Правовая информация», стр. 268]. В случаях мозговых патологий или серьезных нарушений нервной деятельности следует обращаться к специалистам, которые могут оказать необходимую помощь и провести соответствующее лечение [см. «Неполадки», стр. 220].

Если продолжать аналогии с компьютером, люди являются «пользователями» мозга, но «пользователями» привилегированными – с помощью желания, то есть некоего волеизъявления, мы способны изменять, наращивать, настраивать, пусть частично, нашу собственную синаптическую систему [см. «Панель управления», стр. 170]. Нечто, сказанное мимоходом, может изменить жизнь.

Люди ждут контактов с внеземной цивилизацией, воображают инопланетян, превосходящих нас интеллектуально, и при этом имеют под рукой мозг Homo sapiens, по-прежнему остающийся самой необыкновенной, поразительной и фантастической вещью на свете. Он настолько сложно и хитроумно устроен, что его нейроны способны производить мысли и хранить воспоминания. И он абсолютно индивидуален – создан для каждого пользователя персонально. Глубокое изумление охватывает исследователя, внезапно понимающего, что нет в мире ничего, что могло бы сравниться с этим биологическим устройством, способным с невероятной эффективностью производить сложнейшие расчеты. Попробуем же заглянуть в этот удивительный орган.

1.1. Технические характеристики

1.2. Версия операционной системы

Современной версии «операционной системы», которая работает в мозге человека, можно, по аналогии с компьютером, присвоить номер 4.3.7 (G-3125)[2]. Ее можно квалифицировать как нервную систему, последовательно эволюционировавшую в течение миллионов лет посредством генетических мутаций и предназначенную для идеального функционирования человеческой особи на данной планете.

О новых версиях системы (в настоящий момент недоступны) можно получить информацию в разделе «Версия будущего» [см. стр. 252].

2. Из чего состоит мозг

С точки зрения врача-анатома, мозг представляет собой единое целое. Однако это не так. Строение мозга часто упрощают, представляя его чем-то вроде нейронной сети, но он далеко не однороден. Ближе к истине представление о мозге как о сложной сети, состоящей из нескольких подсетей, каждая из которых включает в себя собственные подсети.

Даже одна-единственная клетка мозговой ткани [см. «Нейроны», стр. 26] представляет собой важное звено цепи, управляемое инструкциями, закодированными в генах. Клетка, в свою очередь, отвечает за действие миллионов ионных каналов, натриево-калиевых насосов и других химико-биологических образований, которые определяют электрический потенциал клеточной мембраны, то есть разницу напряжения внутри и снаружи клетки. Однако клетка сама по себе ничего не значит в работе мозга, вычислительный процесс возможен только во время соединения нейрона с другими нейронами. Информация на самом деле хранится не в клетках головного мозга, она остается в соединениях между клетками – в так называемых синапсах [см. стр. 33].

Рядовой нейрон имеет несколько тысяч связей с многочисленными постсинаптическими нейронами, расположенными рядом. Соседствующие нейроны организуются в функциональные группы, так называемые ансамбли. Например, только в одном лишь гипоталамусе [см. стр. 65], имеющем размер чуть больше миндального ореха, их не менее пятнадцати, и каждый ансамбль выполняет свою функцию. Нейроны могут подключаться также к цепям, формирующим церебральные каналы, которые отвечают за особые функции мозга – например, такие, как сон или концентрация внимания. Нейронные цепочки тоже могут объединяться, чтобы усилить разрозненные действия, – и мы получаем на выходе способность к связной речи или чувство эмпатии. Мозг, таким образом, представляет собой монументальную сеть, способную производить такие таинственные вещи, как сознание и мышление [см. стр. 90].

Система связей в мозге не была бы столь потрясающе эффективной, если бы все ее процессы не дублировались параллельной сетью, которая тесно перепутана с нейронной, по сути, обвивая ее, как лоза: эта сеть сформирована глиальными клетками [см. стр. 46], они снабжают нейроны питанием, кислородом, выводят отходы жизнедеятельности. Вдобавок глиальные клетки обеспечивают невероятную скорость, с которой действуют аксоны – клеточные отростки, служащие путями передачи импульсов на далекие расстояния [см. стр. 32]. Аксоны покрыты слоем беловатой жировой ткани, называемым миелином. Несколько упрощая, можно сказать, что она усиливает сигнал [см. стр. 50]. Кора головного мозга, которая в отличие от остальной мозговой ткани состоит из шести слоев, подчиняющихся строгой иерархии, обязана эффективностью именно высокой скорости, с которой нервные импульсы проходят большие расстояния.

Поразительно, общая длина волокон миелина человеческого мозга (включая и волокна, что соединяют между собой полушария, формируя так называемое мозолистое тело) оценивается в примерно 150 тысяч километров. Это равно четырем окружностям земного экватора!

Следует отметить, что эта чудовищно сложная сеть играет важную роль и в функционировании обоих полушарий головного мозга (правое и левое полушария отвечают за противоположные части тела), и в работе различных мозговых долей и областей коры (отвечающих за процесс мышления и исполнительные функции), и в деятельности всех других составных частей церебрального аппарата, каждая из которых обладает строго определенным количеством нейронов определенного назначения. Каждый из нейронов находится на строго определенном месте в иерархии, в соответствии с предписанными ему функциями. Говоря другими словами, мозговая нейронная сеть состоит из многочисленных подсетей. Древние пирамиды Гизы, «Джоконда», «Реквием» Моцарта, открытие гравитации или эволюции – примеры чудес, которые могут создавать нейроны, составляющие суперсеть в человеческом мозге.

2.1. Нейроны

По ряду оценок, тело человека среднего роста и веса состоит из 37 тысяч миллиардов клеток. Независимо от того, хрупкая ли это старушка или крепкий молодой парень, на их создание пошло весьма внушительное количество биологических кирпичиков.

Однако во всех частях этой сложной конструкции из клеток костей и крови, печени и кожи наличествуют непременно клетки особой группы, распределенной по всему телу, – нейроны. Кирпичики, составляющие нервную ткань, обладают удивительными свойствами. Они могут испытывать электрическое возбуждение и, включаясь в сеть, состоящую из бесконечного количества миллиардов соединений, передают электрические импульсы и химические реакции на сотни километров в течение миллисекунды.

Считается, что в мозге примерно 86 миллиардов нейронов[3], которые сопровождают человека от рождения до смерти, в отличие от других клеток. Большинство нейронов живут долгую жизнь вместе со своим хозяином [см. стр. 230]. Передача информации в виде электрохимических реакций по чрезвычайно запутанной сети клеток мозга позволяет читать и понимать этот текст в данную минуту. Эта же сеть создает в нашей голове память, порождает различные идеи, позволяет выразить эмоции и отвечает за множество разных проявлений человеческой личности.

Центральная часть нейрона, его тело, которое называется сома, имеет бесконечно крошечные размеры (самый маленький в диаметре имеет 4 микрона, то есть 4 миллионных части метра), но при этом клетка может растягиваться на несколько сантиметров, ее отростки превышают размер ядра в десятки тысяч раз. Эти отростки, протягивающиеся на огромные, по сравнению с размерами ядра, расстояния, именуются аксонами. Каждый нейрон имеет только один аксон, и по аксону, как по проводу, информация передается вовне нейрона, к другим нейронам. От другого нейрона к аксону тянется другой отросток, более короткий, дендрит: у каждого нейрона таких дендритов много, они имеют разветвления и, как антенны-приемники, считывают информацию и направляют ее внутрь клетки.

Нейроны могут принимать самые различные формы, каковых насчитывается более двухсот видов, но основная разница между типами нейронов состоит в роли, которую они играют в церебральной сети. Сенсорные нейроны (они называются также афферентными, то есть «передающими в центр») получают сигналы от различных органов, таких как глаза, или поверхностных тканей, например кожи, и передают их в центральную нервную систему.

Двигательные нейроны (еще их называют эфферентными, что означает «те, что проводят сигнал») передают приказы от нервной системы к различным периферийным органам, вплоть до пальцев ног, по позвоночному столбу. Интернейроны, то есть все остальные, осуществляют чудо мышления посредством невероятно сложной системы сети внутренних связей. В мозге Homo sapiens количество синапсов, ответственных за прохождение сигналов, превышает любое воображение. Синапс представляет собой терминаль-трансмиттер (передатчик), соединенный с терминалем-реципиентом (приемником) через бесконечно крошечное внеклеточное пространство, именуемое синаптической щелью.

Нейроны общаются между собой посредством молекулярных цепочек, нейротрансмиттеров [см. стр. 36], которые приходят в движение по команде клетки. Команда на потенциальные действия приходит в виде изменений электрического напряжения, за тысячные доли секунды высвобождающих молекулы веществ-нейротрансмиттеров (например, дофамина, серотонина или норадреналина) и направляющих их к клетке-приемнику. Таким образом, когда нейрон меняет свой электрический потенциал, он посылает сообщение соседнему нейрону. Это сообщение либо приводит последний в возбуждение, в свою очередь, либо, наоборот, успокаивает и создает «режим тишины».

На эту систему передачи информации, уже достаточно сложную, накладываются нейронные колебания, или нейронные осцилляции, более известные как мозговые ритмы.

Эти колебания имеют регулярный характер и разную частоту (измеряемую в герцах, то есть в количестве колебаний в секунду) и возникают в разных областях мозга, в зависимости от его активности, то есть в границах от глубокого сна до крайнего возбуждения. Эти осцилляции были открыты в 90-х годах прошлого века благодаря появлению такого прибора, как энцефалограф.

Передача информации по нейронной сети дублируется параллельной системой контроля прохождения сигнала. Параллельная система работает как цифровая (сигнал может быть только двух видов – «вкл» или «выкл», то есть «да» или «нет»), не использует аксоны для передачи сигнала на далекое расстояние и действует в основном между соседними нейронами, эти самые да/нет передаются от сомы к соме. В этой системе задействованы только нервные узлы или группы специализированных нейронов. Таким образом, получается, что на пути прохождения нервного сигнала нейроны соединяются через синапсы не только посредством химических реакций, но и через электрические импульсы.

Мозг похож на парк, в котором играют многочисленные оркестры, но вот беда – каждый свою мелодию, и поэтому эти оркестры надо как-то синхронизировать. Параллельная электрическая система и служит как раз синхронизатором для многочисленных оркестров, состоящих из музыкантов-нейронов. Эти синхронизирующие импульсы и образуют мозговые ритмы.

Вначале, после открытия этого феномена, ритмы исследовали как одно из свойств механизма сна [см. стр. 105]. Сегодня ученые уже знают, что мозговые ритмы, или, как их еще называют, церебральные волны, играют ключевую роль в процессе передачи нервных импульсов, при реализации человеком когнитивных функций, формировании поведенческих моделей. Волны не только позволяют синхронизировать или развести во времени концерты, исполняемые разными группами нейронов: они чрезвычайно важны и для других процессов в мозге. Церебральные волны, скорее всего, могли бы многое поведать о загадках сознания [см. стр. 144], но пока ученые еще не собрали достаточного количества фактов об этом явлении.

2.1.1. Дендриты

Дендриты (название происходит от греческого слова dendron – «дерево») формируют что-то вроде чудовищно тесного, забитого перекрещивающимися ветками леса. Лес состоит из миллиардов деревьев с сотнями миллиардов веток и тысячами миллиардов листьев. Все ветки и листья перекрещиваются между собой, соединяясь таким образом, чтобы сигнал, бегущий по ним, мог в мгновение ока попасть из одного края леса в другой. Это настоящий зачарованный лес – он поразительно красив и умеет делать разные невероятные колдовские штуки.

Дендриты – это разветвленные отростки нейронов, нервных клеток. Они протягивают свои ветки-щупальца в самых разных направлениях, в зависимости от функции клетки, и на самом деле напоминают деревья, от которых получили свое название – выглядят то как сосна или дуб, а то как могучий баобаб или секвойя.

У нервных отростков, как у деревьев, есть и «листья», названные учеными шипиками[4]. Точно так же, как листья на дереве работают приемниками солнечного света для фотосинтеза, дендриты и их шипики впитывают информацию, приходящую от терминалей-передатчиков других нейронов (следует отметить, что, однако, не все типы нейронов обладают отростками-дендритами с шипиками).

Как и в лесу, нейронные ветки и листья дендритов не остаются в покое ни на мгновение. Только в последнее десятилетие была доказана ключевая роль дендритов в феномене «пластичности мозга», то есть способности адаптировать нейронные связи к сигналам, получаемым из внешнего мира [см. стр. 87].

Способность к обучению и память зависят не только от мощности (или слабости) синаптических контактов, но и от способности мозга выращивать новые дендриты и новые шипики и их готовности к адаптации [см. стр. 179, 83].

Пластичность мозга не является абстрактной функцией: мозг меняется физически, в нем отрастают новые ветки и листья дендритов и отсыхают старые, происходят постоянно процессы, не останавливающиеся никогда ни в одном из лесов мира, где бы они ни располагались – в наружном мире или в нашем мозге.

2.1.2. Сома

Сома по сути является центром управления нейроном и представляет собой основное тело нервной клетки, из которого вырастают дендриты и аксоны. Тело производит энергию, необходимую для работы нейрона, следит за ростом отдельных своих частей и их соединяет в общее целое. Сома состоит из внешней мембраны, состоящей из молекул жира и аминокислот, которые защищают нейрон от воздействия внешней среды.

Внутри клетки таятся сложнейшие специализированные механизмы, такие как ядро клетки, служащее и архивом информации, и фабрикой по производству РНК. В ядре сохраняется молекула ДНК, на которой записана вся информация, необходимая для создания важных для выживания организма белков, и там же развернуто производство РНК, из которой они и производятся.

Как и в любой другой клетке тела, в соме нейрона действуют митохондрии, которые превращают кислород и глюкозу в топливо, АТФ (аденозинтрифосфат). В нейронах митохондрии особенно мощные и многочисленные: никакая другая клетка не обладает таким завидным аппетитом, как нейрон [см. стр. 101].

2.1.3. Аксон

Дендритов, служащих приемниками информации, у нейрона много, а аксон – один. Всякая нервная клетка обладает только одним-единственным выходом, путем передачи информации соседям.

Дендриты ветвятся в окрестностях сомы, в радиусе нескольких микрон, аксон же может протянуться на десятки сантиметров; в масштабах клетки это невообразимое, космическое расстояние. Дендриты по мере удаления от сомы делаются все тоньше, в точности как ветки настоящих деревьев; но аксон сохраняет свой диаметр неизменным, чтобы только на самом конце распасться на множество крошечных передатчиков для осуществления синаптической связи со множеством иных нейронов. Эти передатчики называются терминалями аксона.

Между терминалями-приемниками и терминалями-передатчиками нейрона есть еще одна существенная разница: химический сигнал, поступающий через дендриты, может быть сильным или слабым или любым промежуточным между этими пределами – электрический же импульс, проходящий через аксон, может только быть или не быть, «вкл» или «выкл». Проводя аналогию с миром компьютеров, можно сказать, что дендриты являются типичным примером аналогового устройства, в то время как аксоны – цифрового.

Аксоны должны не просто пересылать информацию на огромные по клеточным меркам расстояния, но и делать это максимально быстро. В экстремальных случаях скорость достигает 720 км в час, то есть 200 метров в секунду. Скорость передачи информации зависит не только от диаметра аксона, но и от толщины миелиновой оболочки, защищающей сигнал от внешних помех. Интенсивность использования конкретного аксона мозгом напрямую зависит от количества миелина на нем [см. стр. 179]. Если сравнивать аксон с автострадой, по которой мчат автомобили, то получается как бы обратная картина: чем больше машин проедет по дороге, тем скорее она придет в негодность; аксон же от многократного использования, наоборот, обрастает жирком.

Формирование аксона начинается с небольшого сжатия клеточной сомы – образуется конус роста аксона. В нем находится нечто вроде микроскопического вычислительного центра, совершающего сложение и вычитание: как только результат вычислений переходит некий порог [см. стр. 36], нейрон выстреливает, посылая сигнал к действию. Электрический потенциал клеточной мембраны за тысячные доли секунды резко возрастает: это похоже на стрельбу из пулемета. В секунду подобных событий происходит десятки и даже сотни.

В миелиновой оболочке есть крошечные разрывы, расположенные на равном расстоянии друг от друга (эти разрывы называются перехватами Ранвье). В разрывах находится целая система канальцев, через которые в клетку входят и выходят ионы натрия, отвечающие за электрический потенциал аксона. Ионы буквально проскакивают из одной миелиновой оболочки в другую со скоростью, которая без миелина была бы недостижима.

Миелин играет очень важную роль в работе человеческого интеллекта [см. стр. 179]. Многие мозговые патологии связаны с потерей миелина, например рассеянный склероз. Уменьшение миелинового слоя приводит к сбоям в передаче сигналов по аксонам и, в свою очередь, к нарушению работы мозга в целом.

Серое вещество, расположенное под корой головного мозга, своим цветом обязано высокой концентрации нейронов. А белое вещество – это миелин. Аксоны, пронизывающие белое мозолистое тело [см. стр. 68], соединяющее полушария мозга, занимают гораздо больший объем, чем все вместе взятые клеточные сомы, дендриты и их шипики.

2.1.4. Синапсы

Помимо дендритов, сомы и аксонов в передаче информации от клетки к клетке задействованы очень важные образования – синапсы. Они осуществляют соединение между терминалями аксона одного нейрона (пресинаптического) и нервными окончаниями (ветками, листочками) дендрита другого нейрона (постсинаптического). Самое потрясающее в этом механизме то, что нейроны не вступают в непосредственный контакт. В самой сердцевине синапса расположено бесконечно малое пространство (размер его колеблется между 20 и 40 миллиардными метра), именуемое синаптической щелью. И именно в этом крошечном участке мозга, собственно, и вершится таинство волшебного нейронного леса: клетки, отвечающие за мышление, разговаривают между собой на химическом языке.

На концах у аксонов в крошечных пузырьках – везикулах – находятся нейротрансмиттеры. По команде, переданной электрическим импульсом, везикулы выпускают нейротрансмиттеры в синаптическую щель, и они попадают на рецепторы другого нейрона, заставляя его создать собственный сигнал. Таким образом передается и возбуждение, и торможение. И это только одно из звеньев бесконечной цепи сигналов, миллионы которых зажигаются в мозгу каждую секунду. Благодаря им человек может идти, активно двигая ногами, и одновременно вспоминать приятные сцены из прошлого или планировать сложные задачи на будущее.

Примерно оценить среднее количество нейронов в мозге человека можно, причем даже несколькими способами [см. стр. 26], а вот сосчитать синапсы пока нереально. Не потому, что они значительно меньше по размерам, чем клетка, и не потому, что они сплетаются в бесконечно запутанную сеть, а в основном из-за уменьшения их количества на протяжении человеческой жизни.

Нейрон может быть соединен одновременно с десятками тысяч других нейронов независимо от их расположения в мозге. Самые распространенные клетки одной из самых удивительных частей мозга, его коры, так называемые пирамидальные нейроны, могут принимать информацию одновременно от 5 до 50 тысяч других клеток, то есть совершать великое множество постсинаптических контактов. Другой вид нейрона, клетка Пуркинье, может иметь одновременно до 100 тысяч соединений. По некоторым оценкам, в мозге молодого взрослого одновременно действует до 150 миллиардов синапсов.

Однако преимущество процессов в мозге не в этом: оно во взрывном характере распространения информации, описываемой в терминах математической прогрессии.

Можно провести мысленный эксперимент: взять стандартный нейрон, предположив, что он «говорит языком синапсов» всего с какой-нибудь тысчонкой других нейронов. Каждый из «собеседников» потенциально «общается» еще с тысячей товарищей, а те, в свою очередь, подключают к процессу каждый по тысяче своих «агентов». Таким образом, в течение каких-нибудь миллисекунд информация достигает миллионов клеток (1000 x 1000), а потом и миллиардов (1000 x 1000 x 1000). Однако этот расчет на самом деле слишком упрощает природный процесс, хотя и дает представление о том, насколько удивительна деятельность мозга – клетки различаются между собой, у них разная структура ядра и нейронных ветвей, и процесс в реальности намного сложнее.

Легендарный венгерский анатом Янош Сентаготаи подсчитал, что каждый нейрон имеет только «шесть степеней отчуждения» (относительная функциональная обособленность нейрокомпьютеров: каждый компонент системы имеет четкий набор функций), в точности как в одноименном фильме о тесных связях внутри человечества. Шесть степеней отчуждения – предел, на самом деле обособленность нейронов еще меньше, и информация распространяется из одного отдела мозга в другой с бешеной скоростью. Клетка может возбуждаться как каждые несколько секунд, так и по двести раз в секунду.

Синапсы участвуют и в формировании такого явления, как пластичность мозга. Сегодня мы уже знаем, что, считавшиеся когда-то фиксированными и стабильными, синаптические соединения могут быть более или менее сильными, и это определяет их способности влиять на нейроны – приемники сигнала. Все зависит от того, как часто задействован тот или иной синапс: чем большее количество раз он вступает в реакцию, тем более мощной и стабильной будет связь между двумя клетками мозга [см. стр. 16]. Это явление, названное биологами потенциалом длительного действия, или LTP (long-term potentiation), играет весьма значимую роль в процессе обучения [см. стр. 179] и в функционировании памяти [см. стр. 83], но также и в формировании привычек и зависимостей [см. стр. 212].

2.2. Нейротрансмиттеры

Мозг говорит языком нейротрансмиттеров. Всякий раз, как человек читает книгу или любуется прекрасным видом, в его мозгу разыгрывается химическая буря. Миллионы микроскопических молекул покидают везикулы нейрона, пересекают синаптическую щель и прилипают к рецепторам другого нейрона: и каждая молекула несет некое химическое послание. Мозг использует нейротрансмиттеры для передачи приказов сердцу – биться, легким – дышать, желудку – переваривать. Особые молекулы передают приказы спать или, наоборот, обратить на что-то внимание, узнать новое или забыть старое, прийти в возбуждение или успокоиться.

И да, все самые тонкие нюансы человеческого поведения, как самого рационального, так и абсолютно бессознательного, управляются целой армией нейротрансмиттеров и являются результатом их запутанного взаимодействия. Таких взаимодействий может происходить одновременно более сотни, и не исключено, что их гораздо больше – просто они еще не все учтены.

Синаптические послания могут быть как возбуждающими, так и тормозящими, в зависимости от того, какие нейротрансмиттеры были отправлены нейроном-передатчиком, и от того, на какие рецепторы они попадают в нейроне-приемнике. Он, в свою очередь, может быть связан со многими тысячами других нейронов через столь же многочисленные синапсы; они тоже получают импульсы одновременно от сотен или тысяч передатчиков. «Раздражающие» и «успокаивающие» послания поступают в клетку вместе, клетка же, благодаря хитроумной системе мембранных насосов, регулирует приток и отток ионов калия и натрия и поддерживает постоянный электрический потенциал на поверхности мембраны, равный -70 милливольт. Возбуждающие нейротрансмиттеры приносят на мембрану позитивный заряд, успокаивающие, наоборот, отрицательный. Если в результате взаимодействия потенциалов электрическое напряжение переходит определенное значение (как правило, около -30 милливольт), нервная клетка приходит в состояние возбуждения и посылает электрический импульс по аксону. Импульс провоцирует выброс нейротрансмиттеров, везикула стреляет молекулами, как крошечный пулемет.

Если же возбуждающие сигналы с положительным зарядом слишком слабы, клетка сохраняет состояние покоя. Однако физика нервных импульсов выходит далеко за пределы простого сложения напряжений, поскольку молекулы, несущие информацию, проявляют свои главные свойства, вступая в различные комбинации или вытесняя друг друга. Спектр возможностей благодаря такому механизму становится настолько широким, что включает и рассуждения, и воспоминания, и эмоции. Шведский исследователь Хуго Лёвхейм предложил классификацию последствий, вызываемых совместным воздействием серотонина, дофамина и норадреналина. Согласно его модели, уровень содержания именно этих трех молекул определяет эмоции и их интенсивность. К примеру, ярость вызывается высокими уровнями содержания дофамина и норадреналина в крови в сочетании с низким уровнем серотонина.

Высокий уровень 

Низкий уровень 

Конечно, реальность значительно сложнее, чем любые модели: количество взаимодействующих молекул, несущих различную информацию, существенно больше. Есть одна особенность, которой никак нельзя пренебречь: никогда не известно, достаточно ли в пулеметах синапсов патронов, то есть нужных химических молекул в синаптических пузырьках-везикулах.

Запасы нейротрансмиттеров в организме не бесконечны. После взаимодействия с постсинаптическими рецепторами они сразу же дезактивируются и затем перерабатываются: либо возвращаются в везикулы, где как бы подзаряжаются (так называемый обратный захват, reuptake по-английски), либо выводятся, порой даже уничтожаются.

Мозг может пострадать в случае нарушения цикла восстановления нейротрансмиттеров – молекул, передающих сигналы. Причиной могут стать плохое, нездоровое питание [см. стр. 101], сильный стресс [см. стр. 216], некоторые лекарства, наркотики, алкоголь и даже генетическая предрасположенность [см. стр. 221]. Негативные факторы влияют на запасы нейротрансмиттеров в организме и нарушают оптимальный режим работы мозга.

Ряд нейротрансмиттеров, таких как дофамин, серотонин, ацетилхолин и норадреналин, играют также роль нейромодуляторов. Процесс нейротрансмиссии можно сравнить с лазером, точной наводкой поражающим постсинаптические нейроны, в то время как явлению нейромодуляции больше подойдет сравнение с распыляемым спреем.

Нейроны выделяют нейромодуляторы для воздействия сразу на все сообщество соседей в зоне своего влияния, чтобы спровоцировать их активизацию. Кроме того, дополнительно влиять на процесс передачи сигнала, участвуя в уже запущенной цепочке синаптической деятельности, могут и гормоны, такие как тестостерон или кортизол.

Γамма-аминомасляная кислота (сокр. ГАМК)

Главная задача этой молекулы – торможение. Гамма-аминомасляная кислота, сокращенно ГАМК, служит главным тормозящим средством в мире синапсов. В достаточно больших дозах вызывает расслабление и способствует концентрации внимания. В скромных дозах вызывает беспокойство. Естественно, лекарства, способствующие выделению ГАМК, имеют расслабляющее, противосудорожное и подавляющее тревогу действие.

Глютамат

Основной нейротрансмиттер возбуждающего действия в больших количествах может стать губительным для нейронов. Эта молекула лежит в основе когнитивных способностей, таких как память и способность к обучению, участвует также в процессе развития мозга.

Адреналин

Нейрогормон, известный также под названием эпинефрин, по праву носит девиз «дерись или беги»: он вырабатывается в ситуации стресса, ассоциируется со страхом или чувством угрозы, вызывает приток крови к мускулам, насыщение легких кислородом, тем самым помогая организму вступать в сражение или бежать от опасности. Этот гормон вырабатывается надпочечниками и служит нейромедиатором.

Норадреналин

Нейротрансмиттер, известный также под названием норэпинефрин, действует возбуждающе. Отвечает за внимание и принятие решений в ситуации «дерись или беги». Это вещество вызывает ускорение сердечного ритма и, соответственно прилив крови к мускулам. Большие дозы норадреналина провоцируют сильное беспокойство, небольшие – снижение способности к концентрации и нарушения сна.

Серотонин

Этот гормон приносит ощущение благополучия, действуя в качестве тормозящего нейротрансмиттера в случае чрезмерной активности нейронов, ведущей к перевозбуждению. Регулирует болевые ощущения, процесс пищеварения и, в паре с мелатонином, процесс сна. Низкий уровень серотонина связан с депрессией и тревожностью, поэтому действие многих антидепрессантов способствует его повышению [см. стр. 221]. Естественным образом серотонин вырабатывается при занятиях физическими упражнениями и пребывании на солнце.

Дофамин

Это настоящая суперзвезда в сообществе нейротрансмиттеров: молекула отвечает за ощущения удовольствия [см. стр. 159]. Это вещество возбуждает и тормозит одновременно и является двигателем механизмов возникновения привычек и зависимостей [см. стр. 212], но, однако, неправильно было бы называть дофамин «молекулой удовольствия». Последние открытия показали, что дофамин является нейротрансмиттером желаний, а также совершенно необходим для стратегических способностей, таких как внимание и контроль движений. Исследование распределения нейронов, обладающих рецепторами дофамина, и путей распространения сигналов в мозге привело к обнаружению отдельной дофаминэргической системы, обладающей нейромодуляторными свойствами и состоящей из восьми «путей», по которым курсирует молекула. Самые важные пути – мезолимбический, мезокортикальный и нигростриарный – берут начало в вентральной области среднего мозга [см. стр. 58] и ведут на его верхние этажи.

Ацетилхолин

Самый распространенный в человеческом организме нейротрансмиттер: действуя через периферическую нервную систему, он стимулирует мускульные движения, а в центральной нервной системе отвечает за возбуждение и удовлетворение, играя важную роль в процессе обучения [см. стр. 179] и феномене пластичности нейронов. Ацетилхолин содержится в спинномозговой жидкости [см. стр. 51], действуя в роли нейромодулятора на разрозненные участки нейронов.

Окситоцин

Содержание окситоцина в мозге повышается при объятиях, поцелуях и занятиях сексом. Кроме того, количество этого гормона резко возрастает при кормлении младенца грудью – как в мозгу мамы, так и в мозгу малыша. Другими словами, повышать уровень окситоцина можно лишь вдвоем! Этот гормон называют молекулой привязанности, поскольку он дает ощущение благополучия и способствует построению крепких отношений в паре и между детьми и родителями, обеспечивает выполнение целого ряда важных физиологических функций: от эрекции до вынашивания беременности, от сокращений матки при родах до выработки грудного молока и от формирования социальных связей до реакции на стресс. Обилие или недостаток окситоцина влияют на доброжелательное отношение к другим людям и психологическую стабильность. В некоторых странах синтетический окситоцин продается в виде ингаляторов и используется как расслабляющее средство.

Вазопрессин

Гормон вазопрессин играет роль нейротрансмиттера и нейромодулятора и состоит из девяти аминокислот. Помимо чисто физиологических функций – диуретика и сосудосуживающего средства – эта молекула имеет стратегическое значение для человеческого мозга: она отвечает за продолжение рода. Вазопрессин влияет на социальное поведение, сексуальное влечение и привязанность в паре. В биологии в качестве классического примера приводится жизнь удивительного грызуна Microtus ochrogaster, обитающего на американском Среднем Западе: этот хомячок никогда не изменяет своей подруге и славится редкой моногамией (не очень распространенное в среде млекопитающих явление). Если этот образец верности лишить вазопрессина – он тут же пускается во все тяжкие.

Тестостерон, эстроген, прогестерон

Центральная нервная система использует для отправки сообщений нейротрансмиттеры, а эндокринная система – гормоны. Так называемые половые гормоны, такие как тестостерон (мужской, см. на рисунке выше), эстроген и прогестерон (женские), имеют решающее значение для развития мозга эмбриона, который под их влиянием выбирает одну из двух возможных моделей будущего [см. стр. 196]. Организмы мужчин и женщин производят оба гормона – и прогестерон, и тестостерон, но совершенно в разных пропорциях.

Кортизол

Кортизол не является нейротрансмиттером в строгом смысле этого слова, но эта молекула способна весьма чувствительным образом повлиять на мозговую деятельность. Его вырабатывают надпочечники (под контролем гипоталамуса [см. стр. 65]), и кортизол представляет собой часть сложного механизма реакции на длительное пребывание в состоянии опасности [см. стр. 134]. Его называют иногда «гормоном стресса» [см. стр. 216]: если уровень содержания кортизола остается высоким на протяжении длительного времени, страдает гиппокамп [см. стр. 64], что приводит к ускоренному старению мозга. Кортизол воздействует также на процесс обучения [см. стр. 179].

Эндорфины

Об эндорфинах говорят во множественном числе – это особая группа опиатов («эндогенный морфин», то есть производимый внутри человеческого тела). Эти вещества блокируют сигналы боли, снижают чувствительность к ним, создают ощущение благополучия, порой даже эйфории. Они вырабатываются во время физических упражнений [см. стр. 109] или занятий сексом, а также при сильной боли. Выработке эндорфинов способствуют некоторые виды пищи, например шоколад.

2.3. Глиальные клетки

Нейроны – клетки, отвечающие за интеллект, – составляют только часть мозга, а остальная часть его объема заполнена клеточной тканью, именуемой «глия», или «нейроглия» (от греческого γλοία – «клей»). Понятно, что сегодня наука может гарантировать человеку, что в голове у него вовсе не клей, что доказано уже более века назад – впервые эти клетки были описаны в конце XIX века и долгое время считались вспомогательной тканью для нейронов. Однако эти представления были отброшены, и не без участия гения ХХ века Альберта Эйнштейна.

Величайший физик, конечно, не занимался исследованиями в области нейрофизиологии, однако невольно поспособствовал важному открытию после смерти. В 1955 году патологоанатом Принстонского госпиталя Томас Штольц Харви, делая посмертное вскрытие тела Эйнштейна, решил исследовать мозг гения. Этот поступок, совершенный во имя науки, стоил ему множества проблем – разрешения на изъятие мозга он не имел.

Тем не менее в мозге Эйнштейна не оказалось ничего особенного. Только тридцать лет спустя профессор Мариан Даймонд из университета Беркли смогла обнаружить нечто особенное в одном из четырех образцов: в области теменной доли, отвечающей за математические способности, ориентацию в пространстве и внимание, у Эйнштейна обнаружилось значительно больше нейроглиальных клеток, чем у среднего человека. Открытие, как нередко случается, было оспорено и частично опровергнуто, но послужило поводом для новых исследований, которые активно продолжаются по сей день. Сегодня известно, что глиальные клетки играют несколько важных ролей.

Глиальные клетки действительно, как думали ученые раньше, играют роль клея – они окружают нейроны и удерживают их в определенном месте. Кроме того, они поставляют нейронам топливо – питательные вещества и кислород – и работают электриками, выстраивая миелиновые оболочки, регулирующие передачу потенциала вдоль аксонов. Освоили глиальные клетки и профессию дворников – они задерживают патогены и устраняют нейроны, прекратившие всякую активность. Без этих важных функций глиальных клеток человеческий мозг не мог бы функционировать столь эффективно, как сейчас. Уже во время эмбрионального развития, когда мозг только формируется внутри плаценты, глиальные клетки регулируют перемещение нейронов и производят молекулы веществ, которые вызывают ветвление дендритов и аксонов. Недавние исследования подтвердили, что нейроглия может коммуницировать внутри себя посредством химических посланий. В противовес нейронам глиальные клетки обладают способностью к митозу, то есть к делению и воспроизведению.

Многие источники утверждают, что глиальных клеток в пять – десять раз больше, чем нейронов. Однако недавнее исследование развенчало этот миф, доказав, что соотношение имеет красивый вид 1:1. Сложный метод подсчета клеток (тоже оспариваемый, естественно, некоторыми учеными) показал, что в мозге, вероятнее всего, 86 миллиардов нейронов и 84,6 миллиарда нейроглиальных клеток. При этом в разных отделах мозга это соотношение заметно варьируется: в коре головного мозга, выделяющей вид Homo sapiens среди других млекопитающих, глиальных клеток почти в четыре раза больше, чем нейронов. В белой материи коры, пронизанной рекордным количеством покрытых миелином аксонов, нейроглиальных клеток почти в десять раз больше, чем нейронов. И без несчастного мозга Альберта Эйнштейна ясно, что нейроглия играет весьма важную роль для формирования интеллекта.

Нейроглиальные клетки могут играть заметную и не всегда положительную роль в ситуации нарушения нормального функционирования мозга: к примеру, в случае заболевания синдромом Альцгеймера нейроглия может ухудшить состояние, вырабатывая чрезмерное количество цитокина, повреждающего нейроны. Нарушение функционирования нейроглиальных клеток играет важную роль в формировании болезни Паркинсона и рассеянного склероза, некоторые исследователи отмечают связь между их размерами и плотностью и депрессией. Таким образом, можно сделать вывод, что важнейшей задачей нейроглиальных клеток является поддержание гомеостаза, то есть физико-химического равновесия организма. Другими словами – сохранение статус-кво.

2.3.1. Микроглия

Эти клетки очень маленькие, несмотря на свою прожорливость. Из-за этой особенности их относят к категории макрофагов. Мозг тщательно изолирован от окружающего мира гематоэнцефалическим барьером [см. стр. 51], защищающим его от проникания крупных возбудителей инфекций. А когда что-то подозрительное все-таки проникает внутрь, микроглия, разбросанная по всему головному и спинному мозгу, немедля бросается в атаку. Она уничтожает захватчиков и снимает воспаление, вызванное вторжением. Микроглия, как можно догадаться по названию, – самые крошечные из глиальных клеток, и их главной задачей является неусыпный контроль за окружающей средой и благополучием нейронов, глиальных клеток и кровеносных сосудов.

2.3.2. Астроциты

Звезды в далеком космосе представляют собой гигантские комки раскаленного газа, однако в большинстве человеческих культур их рисуют с лучами, пятью, шестью или семью, из-за эффекта оптической дифракции света в атмосфере, а порой и из-за астигматизма наблюдателя. Астроциты, наиболее распространенные глиальные клетки, названы так из-за их отдаленного сходства с изображением звезды.

В микрокосмосе мозга, где количество нейронов вполне сравнимо с количеством звезд в галактике, астроциты формируют параллельную вселенную. Еще 25 лет назад их считали всего лишь вспомогательной структурой, поддерживающей всю клеточную конструкцию, однако сегодня ученые придают им весьма важное, особое значение. Клетки звездчатой формы действительно удерживают сложную архитектуру мозга, но не только. Они поддерживают состояние гомеостаза, запасают и перераспределяют энергию, защищают мозг от атак посторонних молекул, обеспечивают рециркуляцию нейротрансмиттеров, обеспечивают нормальное функционирование синапсов и контролируют работу всей системы передачи сигналов; и этот список можно продолжить.

2.3.3. Олигодендроциты

Все поклонники Hi-Fi, так называемой высокой точности воспроизведения звука, знают, что достичь ее можно только тщательно изолировав провода, соединяющие вертушку с усилителем и усилитель с колонками: только так можно избежать интерференции и достичь точной передачи частот. Это прекрасно знают олигодендроциты (в переводе с греческого «клетки с веточками»), чья задача, собственно, и состоит в тщательной изоляции аксонов, чтобы вся система передачи электрических импульсов работала правильно.

У этих клеток полно работы: каждый олигодендроцит может одновременно контактировать с пятью десятками нейронов, обернув аксоны оболочкой из многих слоев миелина, смеси жира и белка, сформировавшейся в процессе эволюции. Жир и белок покрывают аксоны слой за слоем, позволяя электрическому импульсу проноситься со скоростью до 200 м/сек. Миелиновые оболочки, созданные олигодендроцитами, позволяют аксонам действовать как провода Hi-Fi.

2.4. Другие структуры

Помимо нейронов, глиальных клеток и сложнейшего микрокосмоса молекул, обеспечивающих работу мозга, еще два хитроумных механизма работают на его выживание. Это настоящая гидравлическая система, в которой циркулируют кровь и вода.

2.4.1. Гематоэнцефалический барьер

Задолго до того, как люди изобрели фильтры для воды, фильтры для воздуха в кондиционерах и пылесосах и даже сигареты с фильтром, эволюция снабдила их мозги замечательной системой фильтрации, получившей позднее название гематоэнцефалического барьера.

Эндотелиальные клетки центральной нервной системы прилегают друг к другу столь плотно, что позволяют только некоторым молекулам, переносимым кровотоком, попадать внутрь мозговой ткани. В мозг попадают молекулы воды – во избежание обезвоживания, глюкоза для питания, аминокислоты, служащие строительным материалом, и немногие другие. Путь перекрыт для всех нежелательных молекул, особенно таких, как токсины и бактерии.

Именно благодаря процессу фильтрации мозговые инфекции являются довольно редким заболеванием. Беда, однако, в том, что гематоэнцефалический барьер не пропускает в мозг и лекарства, состоящие как из крупных молекул, так даже и из крошечных. Наука движется в направлении создания наномолекулярных средств (размером порядка нанометра, то есть миллиардной доли метра), способных просочиться сквозь церебральный фильтр.

2.4.2. Спинномозговая жидкость

Мозг на самом деле не лежит в черепной коробке, а плавает в прозрачной бесцветной жидкости, состоящей в основном из воды. Спинномозговая жидкость служит мозгу подушечкой, на которой он возлежит, не рискуя быть раздавленным собственным весом.

Исследователи установили, что мозг массой около 1350 граммов, плавая в спинномозговой жидкости, давит на нее весом примерно 25 граммов. Кроме того, жидкость решает и другие, не менее важные задачи.

Она защищает мозг по мере возможностей от удара (ни один футболист не решился бы пинать головой старый тяжелый кожаный мяч, зная в деталях, какая сложная штука у него в голове); выполняет уборку и промывку, будучи одним из важнейших звеньев глимфатической системы (названной по аналогии с лимфатической, управляется глиальными клетками [см. стр. 46]). Другими словами, спинномозговая жидкость выводит из мозга разный мусор, промывая его преимущественно во время сна, через каналы, сжимаемые и разжимаемые глиальными клетками.

Вдобавок благодаря этим удивительным механизмам регуляции мозг в сутки производит около полулитра спинномозговой жидкости (спинно- поскольку она заполняет также позвоночный канал). Это количество неизменно изо дня в день, в организме человека должно постоянно присутствовать 120–160 мл жидкости, циркулирующей безостановочно между головным мозгом и спинным мозгом. Без этой постоянной циркуляции внутричерепное давление стало бы непреодолимым для кровообращения, что привело бы к ишемии.

Спинномозговая жидкость удерживается посредством мембранных оболочек, окружающих мозг, и вырабатывается в мозговых желудочках, четырех взаимосвязанных полостях, и абсорбируется в кровь. Этот круговорот обмена жидкостями поддерживает также химическую стабильность в мозге.

3. Топография

Примерно 525 миллионов лет тому назад на нашей планете появились первые позвоночные животные. Это были существа, вдоль всей спины которых протягивалась специальная структура – позвоночник. Именно с них начался процесс так называемой энцефализации, отделения мозга, который после многих миллионов лет развития привел к образованию особой части тела – головы.

На протяжении долгих лет доисторического развития мозг становился постепенно все больше и больше, все сложнее и эффективнее и в конце концов разделился на два практически симметричных полушария. В центре полушария соединены мозолистым телом, пучком нервных волокон. Но функционируют они на самом деле в асимметричном режиме: участок мозга, отвечающий за речевые способности, находится почти всегда в левом полушарии у правшей (95 %) и чуть реже (70 %) у левшей. Топография мозга воспроизводит во многих своих чертах ход эволюции: человеческий мозг унаследовал в ходе длинной и удивительной истории развития структуру предшественников.

Американский невролог Пол Маклин в 60-х годах прошлого столетия разработал теорию, получившую название triune brain («триединый мозг»). Согласно его выводам, в мозге сохранились архаичные участки, принадлежавшие когда-то предшественникам человека, и эти участки помогают понять историю возникновения и развития самой сложной машины на Земле. По мнению ученого, эволюция сочла более рациональным и удобным добавлять улучшения и дополнительные устройства в уже существовавшие модели мозга, чем для каждого существа переписывать программу заново. Конечно, и на это потребовались миллионы лет.

Итак, в самой глубине мозга спрятана самая его древняя и маленькая часть – рептильный мозг. Этот мозг контролирует самые примитивные жизненные функции, от дыхания до сердцебиения, от температуры тела до тех действий, которые называются инстинктивными, в том числе древний инстинкт защиты территории. Эти задачи выполняются без всякого вмешательства мысли или воли.

На следующем уровне расположен отдел, связанный прежде всего с появлением млекопитающих, – лимбическая система. В нем запрятан ключ к эмоциям, побуждениям, поведенческой мотивации и долгосрочной памяти, к бессознательному. Этот отдел мозга необходим для социального поведения млекопитающих, он отвечает за привязанность и способность ее выразить.

И на высшем уровне расположена кора мозга, укутывающая мозг серым веществом: она появилась у приматов, развилась у гоминидов и приобрела важнейшее значение у человека. В коре формируются сознание, мышление, находится центр речи и все иные способности, отличающие человека, такие, например, как способность прогнозировать последствия поступков и будущие события [см. стр. 79].

Разумеется, все три отдела мозга эволюционировали в течение многих миллионов лет, в течение всей истории животного мира. Части мозга неотделимы друг от друга, это не разборная матрешка, наоборот, они плотно соединены запутанной сетью нейронов. И нельзя сказать, что в голове у человека мозг рептилии, – нет, это некие структуры, унаследованные от наших общих с рептилиями предков. Разделить мозг на части невозможно – в конечном итоге он един.

3.1. «Рептильный мозг»

Предок, первый обладатель «рептильного мозга», бороздил воды океана около 500 миллионов лет назад. Его примитивный мозг состоял всего из нескольких сотен нейронов. Но прошли миллионы лет, и мозг усложнился, вместе со своими носителями – морскими животными. Когда некоторые виды вышли на сушу, чтобы колонизировать новую среду обитания, им пришлось научиться выживать в совершенно иных условиях и приспособиться к новым опасностям. Примерно 250 миллионов лет назад как раз и сформировался орган, который сегодня называется «рептильным мозгом». Возникнув у относительно более сложных существ – амфибий, этот мозг стал прообразом всех будущих мозгов на Земле. Базовые свойства этого мозга можно обнаружить как у современных рептилий, так и у современных млекопитающих, в том числе и у человека, хотя, конечно, за долгие миллионы лет эволюции накопились и огромные различия.

Самая древняя часть человеческого мозга состоит из мозжечка и мозгового ствола и контролирует такие жизненные функции, как сердцебиение, равновесие, дыхание и поддержание температуры тела.

Это одна из самых безотказных деталей церебрального аппарата, он работает 24 часа в сутки в полностью автоматическом режиме, не требуя никакого участия пользователя. «Рептильный мозг», к примеру, никогда и ни при каких обстоятельствах не сможет позабыть дышать. Его древнее происхождение определяет его простой, однако самостоятельный и своенравный вклад в работу мозга. «Рептильный мозг» участвует практически во всех жизненных процессах, при этом мудрая эволюция компенсировала его недостатки тем, что отвела ему особую роль в процессе мышления.

3.1.1. Мозговой ствол

Если смотреть на мозг со стороны основания, то можно увидеть нечто, похожее на кабель или трубку (следовало бы назвать ее «нервотрубкой»), соединяющую его с телом. Мозговой ствол, по-английски изящно именуемый brainstem (стебель головного мозга), в буквально смысле стоит у истоков мозговой деятельности и вместе с другими важными задачами регулирует такие базовые потребности, как дыхание, сердцебиение, сон и голод.

Любая информация, поступающая от тела к мозгу и обратно, проходит через ствол. В мозг информация идет по сенсорным путям, по ним поступают сигналы боли, сигналы о повышении температуры, осязательные ощущения, мышечное восприятие тела в пространстве и частей тела относительно друг друга [см. стр. 115]. В обратную сторону, по пучкам аксонов [см. стр. 32], начинающимся в двигательных нейронах мозгового ствола и оканчивающимся в спинном мозге, спускаются сигналы, управляющие движением. Но это еще не все – из трех частей мозгового ствола (продолговатый мозг, мост и мозжечок) выходят десять из двенадцати пар черепно-мозговых нервов – нервов, берущих начало непосредственно в мозговых полушариях и управляющих моторикой и сенсорикой лица, глаз и внутренних органов.

Ствол сплошь пронизан нейронными сетями, сотни подобных образований контролируют состояние бодрствования, посылая через регулярные промежутки времени последовательность сигналов в кору. Стоит последовательности сигналов замедлиться, человек ощущает сонливость. Нейронные сети играют ключевую роль и в механизме концентрации внимания [см. стр. 175]. Таким образом, ответственность ствола за работу сердечно-сосудистой и дыхательной систем тесно переплетается с его участием в обретении знаний и умений, то есть в формировании сознания. В итоге можно сказать, что мозговой ствол находится в основе всего, во всех смыслах.

• Продолговатый мозг

Без него жизнь невозможна. Продолговатый мозг самостоятельно, без всякого участия носителя управляет базовыми функциями организма – дыханием, сердцебиением и кровяным давлением. Он служит для непосредственного соединения спинного мозга и головного и как часть мозгового ствола осуществляет коммуникацию между центральной и периферической нервными системами и играет ключевую роль в работе вегетативной нервной системы: через нее он регулирует респираторные, кардиологические и вазомоторные функции, многочисленные безусловные рефлексы, бессознательные реакции на различные раздражители (таковых насчитывается около 45). Это продолговатый мозг стоит за кашлем, чиханием, рвотой, зевотой.

• Мост

Если смотреть вдоль мозгового столба, между спинным мозгом и средним мозгом можно заметить мост. По-латыни он называется pons, также его именуют Варолиевым мостом, в честь итальянского анатома XVI века Костанцо Варолия, впервые его описавшего. Мост имеет слегка выпуклую форму.

Мост соединяет разные области мозга и обеспечивает жизненно важный обмен информацией между корой и мозжечком. Его пересекают четыре пары черепно-мозговых нервов, и он участвует в работе слуха, вкуса, осязания и в поддержании равновесия; также в его ведении находятся моторные функции, такие, как жевание и движение глаз. Варолиев мост заведует, как предполагается, быстрой фазой сна и насылает сны.

• Средний мозг

Средний мозг имеет в длину всего около 2 сантиметров и находится на самом конце мозгового столба. Это самая крошечная часть столба, однако заслуживающая всяческого уважения, поскольку играет решающую роль в эмбриональном развитии будущего человека.

Примерно на двадцать восьмой день внутриутробного развития эмбриона нервная трубка разделяется на три первичных пузыря, которые впоследствии станут мозгом. Это ромбовидный мозг, средний мозг и передний мозг. Через несколько недель от среднего мозга отделяется вторичный мозговой пузырь, или задний мозг, впоследствии развивающийся в мост и мозжечок, и продолговатый мозг. А из переднего мозга формируются полушария мозга, покрытые корой, и промежуточный мозг (гипоталамус, таламус и др.). А средний мозг оказывается действительно в середине и остается средним мозгом. Стратегическим положением среднего мозга объясняется присутствие в нем слоев белого вещества, соединяющих мост с таламусом, то есть «рептильный мозг» с лимбической системой, и обмен информацией идет в обоих направлениях. Кроме того, в среднем мозге есть несколько крупных вкраплений серого вещества, в которых осуществляется контроль за такими функциями организма, как смена сна и бодрствования, ощущение боли, слух, движения головы и глаз.

Средний мозг принято делить на три части – крышу, среднемозговую покрышку и ножки. Первые две части разделены центральным протоком (по которому поступает спинномозговая жидкость [см. стр. 51]), а ножки отделены друг от друга черной субстанцией, служащей одним из основных источников дофамина.

• Черная субстанция

Она также называется «черное вещество» и плотно насыщена нейронами, потемневшими от большого количества меланина – пигмента, которому мы обязаны загаром. И черная субстанция не является однородной, а поделена на две разные части с разными функциями, pars compacta и pars reticulata, компактный слой и сетчатый слой. Компактный слой содержит дофаминергические нейроны, которые связываются с другими структурами мозга – полосатым телом – и высвобождают дофамин в его структурах. Сетчатый слой состоит в основном из ГАМК-ергических нейронов [см. стр. 39], связывающихся с разными отделами мозга.

• Вентральная область покрышки

Эта крошечная структура прилегает к области черной субстанции, на краю покрышки среднего мозга, и играет весьма важную роль, будучи связанной с самыми отдаленными уголками мозга, от мозгового ствола до префронтальной коры. Это самый важный узел путей выработки и распространения дофамина и системы вознаграждений [см. стр. 159]. Вентральная часть покрышки (известна также под аббревиатурой VTA) вовлечена в формирование мотивации [см. стр. 171], закрепление результатов обучения [см. стр. 179] и, по разряду совсем иных удовольствий, оргазма [см. стр. 137]. Однако эта область связана также с формированием наркозависимости, токсикоманией и тяжелыми мозговыми патологиями.

3.1.2. Мозжечок

На латыни эта часть мозга называется cerebellum, то есть «маленький мозг». Так он был назван из-за своих размеров и вида. Он действительно похож на мозг в миниатюре, чуть больше размером, чем мячик для пинг-понга. У мозжечка тоже есть два полушария, правда не покрытых извилинами коры. Он находится в глубине задней части мозга, под височными долями, и тесно связан со спинным мозгом. По спинному мозгу он отправляет приказы мозга (порой без всякого участия сознания) всем остальным частям тела.

Мозжечок – неизменная и обязательная часть мозга всех позвоночных: рептилий, рыб, птиц и млекопитающих. Уже давно, несколько столетий назад, ученые установили, что мозжечок ответственен за движения тела, равновесие и координацию в пространстве, – исследователям удалось увидеть своими глазами последствия его повреждения. Однако мозжечок вида Homo sapiens эволюция загрузила дополнительными обязанностями, весьма важными. Согласно последним исследованиям, эту часть мозга «маленькой» называть просто несправедливо.

Мозжечок прежде всего обеспечивает обучение разнообразным движениям, в особенности тем, что имеют сложный рисунок. Без участия мозжечка невозможно выучить хитро подкрученную подачу в теннисе или же исполнить фугу Баха. Мозжечок – драгоценное наследство, полученное человеком от предков. Конечно, по сравнению с корой головного мозга, внешней, почти демонстративно гипертрофированной частью головного мозга человека, он кажется приветом из далекого эволюционного прошлого. Однако, занимая всего 10 % объема мозга, он включает в себя 69 миллиардов нейронов, в то время как кора их насчитывает только 20 миллиардов. Секрет столь высокой плотности в том, что около 46 миллиардов клеток в мозжечке – гранулярные, самые крошечные нейроны из существующих.

Роль мозжечка поистине невозможно переоценить. Он работает в постоянном контакте с корой головного мозга, они трудятся практически в паре: мозжечок участвует не только в управлении двигательными функциями, ради которых он был создан природой, но и в регулировании новых когнитивных функций, появившихся у человека.

3.2. «Мозг млекопитающего»

Над мозговым стволом и под корой расположена лимбическая система, состоящая из большого количества маленьких или имеющих сложную извилистую форму структур, связанных друг с другом. В зачаточном виде система существует и у беспозвоночных, особое развитие получила в связи с возникновением и развитием млекопитающих – в их мозге она начала играть важную роль.

У млекопитающих мозг удвоился – все структуры были повторены в правом и левом полушариях, однако получили в результате разные функции. Таламус, миндалевидное тело и гиппокамп получили зеркального двойника. Исключением стал гипоталамус.

Сегодня известно, что лимбическая система, долгое время считавшаяся чем-то вроде «эмоционального центра», на самом деле значительно сложнее по своим функциям. Конечно, она участвует в таких человеческих переживаниях, как страх или любовь, однако ее задачи существенно сложнее: она участвует и в процессе обучения, формировании мотиваций и побудительных мотивов и руководит памятью.

И именно благодаря лимбической системе человек чувствует удовольствие от еды или секса, лимбическая система виновна в депрессии и разочаровании, это из-за ее козней хронический стресс приводит к повышению артериального давления. И это именно она побуждает нас послать кого-либо – справедливо или нет – к черту: это не руководство к действию и тем более не оправдание.

3.2.1. Таламус

Мозг постоянно накрывает настоящее цунами информации, и ему просто необходима эффективная система сортировки, которая могла бы мгновенно разделять и направлять потоки данных в соответствующие участки коры. Такой сортировочный центр существует и называется таламусом. Он состоит из двух симметричных частей размером с орех и слегка вытянутых, соединенных микроскопическим мостиком из серого вещества. Таламус расположен практически в центре мозга. Он выполняет столь жизненно важные задачи, что любые повреждения его структуры ведут к необратимой коме.

Через таламус проходят все сигналы от органов чувств [см. стр. 116] за исключением разве что обоняния [см. стр. 115], им обрабатывается и проприоцепция (ощущение собственного тела, его положения в пространстве и положения разных частей тела относительно друг друга), и данные наиболее важного органа чувств человека – кожного покрова.

Представить себе сложность процесса можно на конкретном примере: картинка, видимая правым глазом, передается на левую половину таламуса, а она, в свою очередь, посылает ее на левую затылочную долю [см. стр. 77], то есть в ту часть коры, которая отвечает за зрение. Таламус не ограничивается ролью почтальона – он получает и обратный сигнал из затылочной доли. Подобный механизм воспроизводится во всех других отделах коры головного мозга, занятых обработкой сенсорной и двигательной информации.

Из этих связей формируется плотный круговорот информации таламус-кора-таламус, регулирующий чередование состояний сна и бодрствования и переключение внимания, один из важнейших компонентов «волшебства», порождающего сознание [см. стр. 144].

3.2.2. Миндалевидное тело

Задачей миндалин, которых две, по одной в каждом полушарии, является мгновенная реакция на возникшую эмоцию и сохранение этой реакции в памяти. Среди всего богатства эмоций самой важной является страх, чрезвычайно важное для выживания переживание. Миндалевидные тела и были созданы эволюцией для управления реакцией на страх [см. стр. 134]. Своим названием они обязаны отдаленному сходству по форме с миндальным орехом.

Оба миндалевидных тела прилегают сбоку, справа и слева, к височным долям и функционируют вместе. Однако в их действиях исследователи отмечают некоторые различия – правое миндалевидное тело принимает на себя негативные эмоции и страх (это проверено в ходе эксперимента с электростимуляцией органа), в то время как левое больше расположено к позитиву и вовлечено, вероятно, в систему удовольствий. Обе миндалины получают информацию от нейронов, ответственных за зрение, обоняние, слух и чувство боли, и посылают приказы двигательному аппарату и сердечно-сосудистой системе.

В случае опасности миндалевидное тело приказывает телу замереть, сердцу биться ускоренно и гормонам стресса начать вершить свою работу [см. стр. 216]. Миндалины регулируют не только непосредственную реакцию на угрозу, но и выработку условных рефлексов, связанных со страхом [см. стр. 79]. Если крысе удалить миндалины из мозга, она не делает даже попытки сбежать при виде кота. Кроме того, миндалевидные тела участвуют в механизме долгосрочной памяти [см. стр. 83].

Современная технология «фотографирования» мозга [см. стр. 253] показала, что нарушения в работе миндалевидных тел, генетического происхождения, или спровоцированные недостаточностью нервных импульсов, могут лежать в основе тревожных состояний, аутизма, депрессии, фобий и посттравматического стресса [см. стр. 203]. Психическая травма, полученная на войне или при переживании сексуального насилия, может физически повредить миндальное тело в течение достаточного короткого периода времени. Возможно, это наиболее подверженная половому диморфизму структура головного мозга, и именно миндалины хранят в себе отличия мужского и женского мозга [см. стр. 196].

3.2.3. Гиппокамп

Гиппокамп, наверное, одна из наименее изученных частей мозга, после лобной коры, и вызывает самые ожесточенные споры в научной среде. Он постоянно порождает загадки и гипотезы, ученые пишут о нем невероятно толстые книги. Последний рекорд – изданная Оксфордским научным издательством книга толщиной в 840 страниц.

Гиппокамп формой отдаленно напоминает морского конька, он был открыт в XVI веке болонским анатомом Джулио Чезаре Аранци. Гиппокамп имеет парную структуру, его симметричные части расположены в обоих полушариях мозга, между таламусом и височными отделами. Кратко его задачу можно описать двумя словами – память и пространство.

Гиппокамп отвечает за краткосрочную память, то есть фиксацию собственного опыта [см. стр. 83], играет роль и в семантической памяти, запоминании как элементарных жизненных правил, так и сложных социальных ритуалов и понятий. И самое главное – участвует в процессе консолидации памяти, перехода данных из кратковременной в долгосрочную память. Экспериментально доказано, что повреждение гиппокампа делает невозможным только создание новых воспоминаний, притом что воспоминания, сформированные до травмы, остаются неизменными (хранятся в другом отделе мозга). Вдобавок человек сохраняет также способность обретения новых навыков ручного труда (за них тоже отвечает другой отдел мозга).

Обе части гиппокампа реагируют на трансмиссию серотонина, дофамина и норадреналина [см. стр. 36]. Исследователи обнаружили также загадочные электромагнитные волны, так называемые тета-колебания частотой от 6 до 10 Гц, которые проходят через гиппокамп каждые 6–10 секунд [см. стр. 29]. Недавние эксперименты в университете Беркли показали, что тета-колебания разной частоты тоже служат для передачи информации: вживленные в мозг мыши электроды помогли ей ориентироваться в лабиринте. Навигация в пространстве оказалась еще одной важной функцией гиппокампа – изучение мозга лондонских таксистов, обязанных выучить наизусть карту огромного города, чтобы получить лицензию, показало у них заметное увеличение задней части гиппокампа.

Будучи одной из важнейших составляющих лимбической системы, гиппокамп насыщен рецепторами кортизола [см. стр. 45], что делает его уязвимым перед воздействием длительного стресса. Экспериментально доказано, что у людей, страдающих от посттравматического синдрома, доли гиппокампа частично атрофируются [см. стр. 216]. Ученые полагают, что нарушение работы гиппокампа может быть связано и с тяжелой депрессией, и с шизофренией [см. стр. 220].

3.2.4. Гипоталамус

Маленький размер гипоталамуса совершенно не соответствует огромности задачи, которая перед ним стоит: он обеспечивает выживание в буквальном смысле. Гипоталамус весит всего 4 г и имеет в длину 4 мм, расположен в самой середине мозга и собирает самые разнообразные сведения, приходящие от тела. В тревожной ситуации гипоталамус использует химические и нейронные рычаги для поддержания гомеостаза, то есть оптимального баланса жизненно важных ресурсов организма.

Гипоталамус живет точно в центре мозга, в месте, где соприкасаются полушария, чуть-чуть ниже половинок таламуса. У него тоже есть левая и правая части, но в отличие от таламуса он имеет вид единого органа, что позволяет так его и рассматривать.

Гипоталамус состоит из выделенных анатомически групп нейронов, именуемых ядрами, которые с помощью разнообразных инструментов контролируют температуру тела, регулируют потребление воды и пищи через чувства жажды и голода, управляют физиологическим откликом на смену дня и ночи, так называемым циркадным ритмом [см. стр. 129] и определяют сексуальное поведение.

Крошечный гипоталамус обладает такой мощью, поскольку помимо арсенала нейронов держит под контролем расположенный совсем близко гипофиз – властителя эндокринной системы. Гипофиз производит восемь гормонов, играющих фундаментальную роль в сохранении гомеостаза, и два из них синтезируются непосредственно в гипоталамусе.

Это и стратегический гормон роста (стимулирующий воспроизводство и регенерацию клеток), и кортикотропин-релизинг-гормон (кортикотропин помогает противостоять стрессу), и окситоцин с вазопрессином (нейротрансмиттеры, необходимые для возникновения влюбленности), и пролактин (регулирует выработку грудного молока), и гонадотропин (управляет половым развитием). Таким образом, гипоталамус отвечает не просто за выживание особи, но и за благополучие вида в целом.

3.2.5. Базальные ганглии

В самой сердцевине полушарий расположена группа ядер серого вещества, каждое со своей анатомической и нейрохимической конфигурацией, но объединенных связью с верхними слоями коры мозга и нижней частью мозгового ствола. Они управляют автоматическими и произвольными движениями, движениями глаз, а также эмоциями и процессом познания[5].

• Путамен (Скорлупа)

Эта структура значительных размеров расположена под таламусом и вовлечена в сложный механизм управления движением. Не случайно путамен связан с таким дегенеративным заболеванием, как болезнь Паркинсона, то есть расстройством двигательной системы.

• Хвостатое ядро

Парная структура, расположенная в обоих полушариях, выходящая из путамена и обвивающая его наподобие утончающейся, сходящейся на конус спирали. Хвостатые ядра тоже отвечают за моторику и болезнь Паркинсона, но не только, – они участвуют в реализации когнитивных способностей (обучение, память, речь), а также определяют некоторые психологические переживания человека. Магнитно-резонансное сканирование показывает, что хвостатое ядро активизировано как у влюбленных, так и у восхищающихся чьей-либо красотой. Путамен и хвостатое ядро вместе образуют стриатум.

• Прилежащее ядро

Парная структура, которую тоже было бы правильнее назвать прилежащие ядра, поскольку в каждом полушарии находится по ядру. Она участвует в системе вознаграждения [см. стр. 159], составляя важную часть так называемого мезолимбического пути, по которому из вентральной зоны [см. стр. 42] поступает дофамин [см. стр. 59]. Зависимость – тоже дело прилежащего ядра. А совсем недавно были обнаружены доказательства того, что ядро активизируется не только при переживании удовольствия, но и, напротив, отвращения. Играет роль в импульсивных проявлениях, а также создает эффект плацебо [см. стр. 207] и вместе с обонятельным бугорком составляет так называемый вентральный стриатум.

• Стриатум

Дорсальный и вентральный стриатумы (описанные выше структуры) образуют вместе полосатое тело, чьи функции состоят в поддержании сложной системы обучения и других когнитивных функций, обеспечения системы вознаграждений, в том числе и их возможного перехода в зависимости. В целом полосатое тело делает приятными действия или переживания [см. стр. 79].

• Бледный шар

Бледный шар получает информацию от полосатого тела и отправляет ее в черную субстанцию. Играет ключевую роль в осознанном движении.

• Субталамус

Принимает сигналы полосатого тела и помогает регулировать движения тела.

3.2.6. Поясная извилина

Эта удлиненная парная структура является одновременно частью как коры головного мозга, так и лимбической системы, осуществляя переход от «мозга млекопитающего» к «мозгу примата»; в обоих полушариях она обволакивает мозолистое тело.

Если говорить о мозге языком архитектуры, можно сказать, что поясная кора находится на верхнем этаже лимбической системы. Она принимает информацию как с крыши (кора головного мозга), так и с нижних этажей (таламус) [см. стр. 62]. Поясная извилина участвует в переживании эмоций [см. стр. 133], обучении [см. стр. 179], запоминании [см. стр. 83]. И этим ее функции не ограничиваются – список ее ролей в жизненных процессах весьма обширен.

Передняя часть поясной извилины отвечает и за базовые процессы, такие как кровяное давление и сердцебиение, и за высшую нервную деятельность – управление эмоциями [см. стр. 192], планирование [см. стр. 79] и принятие решений [см. стр. 188]. Задняя часть осуществляет автоматические реакции [см. стр. 184], участвует в процессе вспоминания забытого и в работе сознания [см. стр. 144].

3.3. «Мозг примата»

У млекопитающих по сравнению с их предшественниками мозг стал более многослойным – в его верхней части добавились оболочки. Это произошло миллионы лет назад. Конечный мозг, который формируется и у человека в процессе эмбрионального развития [см. стр. 58], постепенно эволюционировал и прирос корой, самым могущественным и таинственным органом у современных мышей, котов, обезьян и человека. У рептилий и птиц в мозге есть похожая структура, так называемый паллий, или плащ головного мозга, но он не аналогичен коре «мозга млекопитающих».

Кора головного мозга активно развивалась в течение нескольких геологических эпох у приматов, так называемых гоминидов. Род Homo возник около двух миллионов лет назад, а кора головного мозга вида Homo sapiens – примерно 200 тысяч лет назад. После исчезновения неандертальцев конкуренцию Homo sapiens больше никто составить не смог, и кора приобрела огромный по сравнению с мозгом других млекопитающих, даже гипертрофированный вид и размер. Некоторые исследователи полагают, что этому способствовали особая ловкость рук и расположенный отдельно большой палец, свойственное хищнику стереоскопическое фронтальное зрение и социальные преимущества, определяемые способностью к примитивной речи. Кора головного мозга получила резкий толчок к развитию, что привело около 50 тысяч лет назад к возникновению зачатков культуры и изменению поведения Homo sapiens, превращению его в «современного» человека, Homo sapiens sapiens. К этому моменту его кора головного мозга составляла уже 90 % веса всего мозга.

Все основные события происходят именно здесь, в коре. В ней каталогизируется и обрабатывается хаотичный информационный поток данных, поступающих от различных периферических органов, таких, к примеру, как кожа или глаза. Именно в коре зарождаются и сохраняются новые навыки, которые позднее классифицируются в соответствии с уже имеющимися знаниями. Благодаря выдающимся способностям коры к вычислениям человек способен задуматься, включить воображение, сравнить вероятности, принять решение и изменить свое мнение.

Кора головного мозга – торжество серого вещества, плотной упаковки нейронов, глиальных клеток и капилляров. Серым его назвали самые первые анатомы, еще в Средневековье, – при вскрытии черепа они видели серовато-розоватую массу. Серый цвет отлично выделяется на фоне белого вещества, которое разбросано в мозгу отдельными пятнами, в основном под корой, там, где встречаются мозолистое тело и сотни миллионов аксонов, соединяющих полушария между собой белой полосой миелина [см. стр. 32, 50].

Мозолистое тело есть в мозге только у плацентарных млекопитающих: оно является неотъемлемым и одним из важнейших инструментов таких сложных мозговых процессов, как интеллект и сознание, и координирует деятельность коры полушарий мозга.

3.3.1. Кора головного мозга

Если взять квадратную мягкую скатерть со стороной 2 метра, расстелить ее на столе, а потом начать сминать к центру, пытаясь запихать ее в банку или коробку, получится морщинистый и извилистый комок, сильно напоминающий внешним видом кору головного мозга. Именно такой ее и создала эволюция – для того, чтобы увеличить максимально площадь поверхности серого вещества и постараться сохранить череп более-менее пропорциональных размеров, хотя голова человека все равно непропорционально велика. Серое вещество коры – самая эволюционно молодая и самая объемная часть мозга, пожалуй, даже устрашающе объемная, с точки зрения других видов, и без извилин она бы просто не влезла в череп.

Вогнутые части этой «скатерти» из серого вещества, похожие на долины в горах, называются бороздами, а выступающие – извилинами. Среди борозд выделяются четыре особенно глубокие, они отделяют четыре доли коры головного мозга. Доли привязаны к костям черепа: передняя лобная доля (центр управления абстрактным мышлением, рассудком, а также социальными навыками и личностными качествами); височная доля (слух, восприятие, речь, обучение); теменная доля, расположенная в верхней части затылка (осязание, вкусовые ощущения, температура) и затылочная доля, расположенная ближе к шее (зрение).

В самой середине коры мозга расположена центральная борозда, разделяющая кору на две половины. Таким образом получается, что и доли имеют парный характер.

Некоторое время назад биологи считали, что полушария выполняют совершенно разные задачи и что в мозге одно из полушарий доминирует и играет руководящую роль. Именно эта гипотеза легла в основу мифа о том, что есть «левополушарные» люди, способные к математике и логике, и «правополушарные», созданные для творчества и искусства. Это полная чушь [см. стр. 225].

На самом деле операция гемисферэктомии (хирургическое удаление или выключение одного из полушарий, производимое при некоторых случаях тяжелой эпилепсии) не нарушает полностью работу мозга – после периода послеоперационного восстановления зачастую и мозговая деятельность, и когнитивные функции возвращаются в полном объеме, особенно у детей, обладающих по определению большей мозговой пластичностью, чем взрослые [см. стр. 87]. Некоторое количество людей в мире живет более или менее нормально с одним полушарием в голове. Конечно, это не означает, что у разных полушарий головного мозга нет своих особенностей, этот процесс неврологи называют «латерализация». В качестве наиболее яркого примера можно привести области Брока (генерация речи) и Вернике (понимание речи), расположенные в левом полушарии у большинства и в правом у некоторых левшей. Не следует забывать также, что данные от периферических органов чувств поступают в оба полушария, однако крест-накрест: правый глаз шлет картинку в левую затылочную долю, а ощущения левой руки попадают в расчетный центр в правой теменной доле.

Толщина коры головного мозга колеблется от 2 до 4,5 мм, но этот тонкий и влажный, но прекрасный покров серого вещества состоит из шести слоев нейронной ткани. Каждый из этих слоев обладает собственной структурой, то есть состоит из разных типов нейронов, связанных с другими участками коры, подкорковым слоем и другими отделами мозга.

Кора – самая сложно устроенная часть мозга, наиболее сложно устроенного органа нашего тела. Технический прогресс позволил науке продвинуться в изучении работы мозга, одновременно доказав, что в мире нет двух одинаково устроенных и одинаково функционирующих живых механизмов.

Это тем более поразительно, что геномы разных людей – например, аборигена Австралии или коренного жителя Гренландии – практически идентичны, различаясь всего лишь на 0,1 %. При этом все 100 % мозгов вида sapiens совершенно уникальны.

• Передние лобные доли

Добро пожаловать в центр управления! Здесь, в переднем отделе коры, в особенности в префронтальной его части (то есть самой передней), расположенной в области лба и самого начала затылка, формируются самые сложные и загадочные функции сознания, такие как мышление и разум, убеждения и мотивы поведения, то есть все, что отличает мозг вида sapiens от всех предыдущих версий.

У человека префронтальная кора развита в значительно более высокой степени, чем у остальных приматов, а у остальных млекопитающих ее может не быть вовсе. У человека передние лобные доли начинают функционировать на полной мощности только спустя 25–30 лет после его рождения [см. стр. 97]. Это во многом объясняет различия в поведении ребенка, подростка, юноши и взрослого.

Переоценить роль переднего отдела коры просто невозможно. Чтобы убедиться в этом, вам нужно выполнить четыре мысленных эксперимента:

• вспомните место, в котором вы проводили летние каникулы в детстве, и представьте себе его во всех подробностях, а затем представьте, как это место может выглядеть сегодня;

• представьте себе ситуацию вооруженного конфликта, любого, какой предпочтительнее, и жизнь женщины с двумя маленькими детьми, потерявшей в результате конфликта мужа и все имущество;

• проведите серию вычитаний: начиная со 101 вычитайте все время по 8, пока не дойдете до минимального положительного числа;

• обопритесь основанием ладони о стол и ударяйте по столу пальцами, один за другим от большого к мизинцу и обратно.

Когда эксперимент будет закончен, знайте, что вы полностью активизировали передние лобные доли своего мозга. Без них человек никогда бы не смог выполнить эти кажущиеся простыми задачи. Поскольку только в переднем отделе коры мы можем восстановить при помощи лимбической системы эмоциональные воспоминания и моделировать их с помощью воображения [см. стр. 184]. В отличие от других живых существ, когда-либо описанных биологами, эмпатия у человека живет в лобных долях [см. стр. 150]. Здесь же совершаются расчеты, решаются логические задачи и формируется речь. В передней коре происходит управление произвольными движениями, такими, например, как набор текста на клавиатуре компьютера, а также располагается участок коры, называемый первичной моторной корой, которая, среди прочего, управляет ходьбой.

Итак, все вышесказанное подтверждает, что передние лобные доли – действительно командный центр, он управляет так называемыми исполнительными функциями мозга, такими как оперативная память, контроль за исполнением запретов (по сути, способность реагировать нестандартно для достижения цели), отложенное удовлетворение (способность отказаться от вознаграждения для получения большего в будущем), когнитивная гибкость (способность справляться с несколькими задачами одновременно), рациональное поведение, планирование и многое другое [см. стр. 170]. И собственно личность по большей части формируется именно здесь, в префронтальном отделе коры [см. стр. 166].

Эти факты стали известны довольно давно благодаря несчастному случаю. Сегодня они подтверждены также научными исследованиями и результатами использования современных технологий, таких как ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), МЭГ (магнитоэнцефалография) и фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) [см. стр. 253]. Технологии пришли на смену таким методам, как сравнение поведения человека до и после операции на мозге в связи с ишемической болезнью или серьезной травмой. В данной книге не приводятся все эти ужасные способы продвижения науки вперед, однако на самом известном случае нельзя не остановиться.

Итак, дело было в Вермонте в 1848 году. Финеас Гейдж работал на строительстве железной дороги, и во время прокладки пути произошел взрыв. В результате взрыва череп Финеаса пронзил железный прут длиной около метра и диаметром три сантиметра, воткнувшись снизу-вверх, и поразил левую переднюю лобную долю коры его мозга. Невероятно, но нечастному удалось выжить, но произошло нечто поразительное. Кроткий, милый и очень аккуратный человек внезапно стал легкомысленным, эгоистичным повесой и бабником. «Вся его сдержанность, тщательно соблюдаемый баланс между разумом и эмоциями внезапно куда-то исчезли», – отмечал врач Джон Харлоу, описавший клинический случай. Случай Гейджа остался в истории медицины, поскольку показал, насколько тесно сплетены биология и психология.

И практический вывод: всем, кто любит кататься на лыжах, водить мотоцикл и заниматься другими экстремальными видами отдыха, следует позаботиться о мерах защиты для командного пункта в собственной голове!

• Височные доли

Височные доли находятся, натурально, с двух сторон мозга. Главной их функцией являются организация речи во всем ее многообразии и чувственное восприятие действительности, недаром эти доли расположены совсем рядом с ушами. В височных долях обрабатываются звуковые сигналы, поступающие от органов слуха через так называемую первичную слуховую кору [см. стр. 125]. Слуховая кора связана с участком, в котором интерпретируются звуки и речь. Рядом, в левой височной доле, расположена область Вернике, обеспечивающая понимание речи, как звуковой, так и письменной. Медицинские исследования показывают, что травмы этой области приводят к тому, что пациент может говорить (за формирование речи отвечает область Брока в передней лобной доле), но не улавливает смысла сказанного.

Возможности первичной слуховой коры сильно зависят от опыта, накопленного в детстве и юности, так же как и возможности многих других отделов коры мозга. Малыш, слышавший в детстве сразу два или три языка, в зрелом возрасте имеет все шансы стать полиглотом. Если ребенок слышит чужой язык только в школе или в детском саду, он может и не начать потом говорить на нем как на родном, но при этом будет все равно достаточно хорошо его понимать. По этой же причине дитя, в первые десять лет своей жизни прожившее в музыкальной атмосфере, имеет больше возможностей стать профессиональным музыкантом.

Существует гипотеза, согласно которой дети, слушавшие музыку в животе у мамы (рекомендуется приставлять наушники прямо к животу), рождаются предрасположенными к музыкальным занятиям. В 2015 году на портале YouTube было опубликовано видео о мальчике Дилане, который слушал музыку за пять месяцев до рождения. В возрасте лет пяти он демонстрировал способность различать весьма сложные аккорды и раскладывать их на отдельные ноты.

Височные доли кроме слуха определяют выполнение и двух других сверхважных задач – зрения и памяти. Они расшифровывают зрительную информацию, поступающую от затылочной области коры, привязывая разные детали увиденного, как лица или вещи, к их именам и названиям [см. стр. 121]. Височные доли трудятся вместе с гиппокампом и миндалевидным телом, превращая сегодняшние впечатления в долгосрочную память [см. стр. 83].

• Теменные доли

Уже восемь часов, пора завтракать. Представьте себе эту повседневную сцену в замедленном темпе: рука медленно тянется за чашкой чая, но потом отдергивается, поскольку в чашке кипяток. Это теменная кора мгновенно сменила программу движения, среагировав на сигнал.

Что в этой сцене такого необычного? Да все. Во-первых, выполнение этого банального движения требует прежде всего, чтобы мозг оценил и рассчитал на основе визуальных данных, на доступном ли расстоянии для руки находится чашка и позволяют ли ее форма и особенности конструкции ее ухватить. Затем движение выполняется, и срабатывают датчики температуры: для этого требуется система, способная обработать данные, полученные от рецепторов на коже пальцев, и произвести перерасчет пространственной стратегии, перенести цель на ручку чашки. Упрощение всех этих сложнейших расчетов и является главной целью теменных долей.

Теменные доли расположены в верхней части затылка, вблизи от шеи, сразу за занимающими самое большое пространство лобными долями. Они управляют восприятием сенсорной информации и ее воплощением в моторику, движение. Этому участку головной коры вполне можно присвоить название «ассоциативная кора», поскольку она переносит информацию, поступающую от органов чувств – зрение, слух, ощущение температуры среды, болевые ощущения и тому подобное [см. стр. 115] – в конкретную цель – не получать ожоги при каждом чаепитии.

Вдоль борозды, отделяющей теменные доли от лобных долей, расположена область, именуемая соматосенсорной корой, – она следит за осязанием. В этой области находится пространственно-сенсорная карта, которая позволяет определить, что болезненные ощущения от слишком горячей чашки поступили от пальцев руки. Эта нейронная модель всех осязательных рецепторов называется гомункулусом, поскольку количество нейронов в ней пропорционально чувствительности рецепторов в разных частях тела: она похожа на гуманоида с длиннющими ручищами и гигантскими ножищами и вываленным изо рта огромным языком [см. стр. 127].

Теменные доли участвуют также в процессе формирования и расшифровки речи.

• Затылочные доли

Точно так же, как левое ухо посылает преобразованные в электрические импульсы акустические сигналы в правую височную долю (четко в противоположный участок мозга), так и левый глаз отправляет визуальные сигналы в виде электрических импульсов в правую затылочную долю, в область, расположенную наискосок от глаза.

Однако затылочные доли одним лишь зрением, само собой, не ограничиваются. Огромный объем данных от расположенного наискосок глаза поступает в затылочную долю через таламус, в перевернутом виде. А еще надо мгновенно определить цвет всех предметов, попавших в поле зрения; оценить размеры, расстояние, глубину этого поля; идентифицировать движущиеся объекты или знакомые лица. Эти сложнейшие вычисления выполняются в разных областях коры, которые работают в буквальном смысле бок о бок. Помимо первичной зрительной коры (зрительная зона V1), получающей необработанные зрительные данные и выявляющей движение, выделяются вторичные зрительные области, которые отвечают, к примеру, за ассоциативный ряд (V2), выделение цветов (V4), определение формы, размеров предметов и вращение глаз.

Все эти операции вместе позволяют создать цветную трехмерную картину с углом охвата 120 градусов, с высокой степенью разрешения и в реальном времени [см. стр. 121]. И это далеко не все – затылочная доля, в свою очередь, отправляет визуальную информацию в долю теменную, чтобы обеспечить правильную реакцию в ситуациях, аналогичных описанной выше истории с чашкой, и в височную долю, чтобы превратить сегодняшние впечатления в память о прошлом (и запомнить, что в чашках бывает кипяток).

Обобщая, можно сказать, что затылочные доли визуальную информацию получают, а другие области коры ее интерпретируют. Только благодаря их совместной работе мы можем прочесть и понять эти строки!

4. Основные характеристики

Наш мозг является многофункциональным произведением природы. Три в одном? Пять в одном? О нет, функций, которые он осуществляет, существенно больше. Их так много, что они порой перекрывают и дублируют друг друга, да так, что перечислить все просто невозможно.

Следует подчеркнуть, что наш мозг умеет думать и реагировать, запоминать и забывать, любить и ненавидеть, спать и бодрствовать, понимать и учиться, строить и разрушать и много чего еще. Его сила, по сути, и есть сила рода человеческого.

Тем не менее следует остановиться подробнее на трех или четырех его основных характеристиках, с учетом того, что мозг сам способен переформулировать свои задачи, предсказывать будущее, описывать сам себя и ощущать в полной мере свою ответственность за собственные дела.

Все это и называется интеллектом.

4.1. Предвидение

Пока мы сами живем более или менее в настоящем, наш мозг постоянно старается заглянуть в будущее. Многочисленные неврологические и психологические эксперименты показывают, что у мозга есть базовая функция, которую наши предки, не имевшие специальных технологий типа магнитного резонанса, никогда не смогли бы даже вообразить: предвидение. Короче говоря, мозг постоянно предсказывает собственные ощущения. Он как бы вглядывается в более или менее близкое будущее.

Человек этого не чувствует, однако его мозг постоянно, на каждом шаге предсказывает, что будет, когда нога коснется земли. Бывает, предвидение не сбывается – нога натыкается на кочку или проваливается в ямку; в этом случае мозг включает сигнал тревоги и помогает обрести равновесие.

Если водитель не может предвидеть траекторию своего автомобиля, то ему нечего садиться за руль: он становится слишком опасным на дороге. Точно так же и спорт может стать слишком рискованным занятием, если спортсмен не будет заранее рассчитывать, куда он кидает мяч и где тот упадет. Сегодня плейлисты и стриминг сломали привычный порядок прослушивания музыки, а ведь когда-то фанаты группы Beatles, слушавшие классические альбомы, обнаружили забавный эффект: после прослушивания песни «With a little help from my friends» во время паузы у них в голове, еще до того, как игла дойдет до соответствующего места на пластинке, уже звучали первые ноты следующей песни – «Lucy in the sky with diamonds».

Мозг постоянно погружен в будущее, чтобы сравнивать его с прошлым. Из хаоса получаемых сигналов он выделяет те, что уже соответствуют прошлому опыту, чтобы подготовиться к вероятному, уже вырисовывающемуся будущему. Когда же предвидение обманывает, как в случае ноги, провалившейся в яму, он вновь опирается на опыт прошлого, чтобы решить возникшую проблему.

Наука о мозге тоже не избежала ошибок. Веками люди верили, что мозг реагирует на информацию, поступающую от органов чувств. Теперь же исследователи уверены, что мозг не реагирует, а именно предсказывает. И именно поэтому он всегда активен, в нем безостановочно происходят миллионы химических реакций в секунду. Наш мозг предполагает появление чувств и ощущений, визуальных, слуховых, обонятельных, и всякий раз сравнивает их с прошлым опытом, причем совершенно незаметно для нас. До тех пор, пока не происходит нечто неожиданное, привлекающее внимание. Это похоже на езду на машине по знакомому маршруту, когда все действия совершаются автоматически, пока что-то не выбьет водителя из колеи: красный сигнал светофора в неожиданном месте.

Даже когда мы полны внимания, например, слушая лектора, который рассказывает что-то увлекательное, наш мозг автоматически анализирует звуки, слоги и слова, стараясь предсказать последующие звуки, слоги и слова и даже идеи. Это похоже на просмотр старого фильма, когда мы знаем, какая сцена сейчас последует, или на просмотр фильма, ранее не виденного, но конец которого легко угадать.

Предвидение тесно связано с системой вознаграждения [см. стр. 159], одним из главный неврологических механизмов, влияющих на поведение путем активации циркуляции дофамина [см. стр. 41]. В начале ХХ века Иван Павлов открыл и описал условные рефлексы: он производил один и тот же звук всякий раз, когда кормил собаку, и в результате этот звук стал вызывать непроизвольное выделение слюны у животного. Павлов не знал, что такое поведение обязано своим возникновением притоку дофамина (он был открыт гораздо позже, в 1958 году); однако его эксперименты заложили основу для будущего исследования когнитивных функций.

Эксперименты с обезьянами показали, что, освоив механизм получения еды (например, путем нажатия клавиши несколько раз), приматы получают впрыск дофамина, который создает в мозгу ощущение удовольствия. Позднее, однако, уровень дофамина не возрастает ни при появлении пищи, ни при нажатии клавиши. То есть уровень дофамина повышается лишь единожды – когда примат, гордый, обнаруживает способ наполнить желудок и готовится нажать клавишу. В этой ситуации действует тот же самый упреждающий механизм; то есть система вознаграждения действует еще до того, как будет получен окончательный результат, вопреки общепринятой логике.

Получается, что главным движителем любой мотивации является нейрональное предвидение, проекция мозга в будущее. Дофамин разливается в мозгу, для того чтобы побудить нас действовать, а не наградить постфактум.

Интересный факт: когда биологи начали поощрять обезьян не каждый раз, а через раз, с вероятностью 50 %, уровень дофамина не снизился, он, наоборот, удвоился. То есть, если обезьяной двигал интерес при получении результата, система вознаграждения увеличивала ощущение удовольствия и благополучия, спровоцированное притоком дофамина. Возможно, именно это несоответствие делает столь соблазнительными рулетку или всевозможные лотереи, иногда доводя людей до полной зависимости [см. стр. 212].

Примечания