Текст книги "Какой объем мозга нам реально нужен?"

Алексис Уиллет, Дженнифер Барнет
Какой объем мозга нам реально нужен?

Научный редактор: П.А. Зыкин, кандидат биологических наук, доцент

(биологический факультет СПбГУ, кафедра цитологии и гистологии,

лаборатория функциональной нейроморфологии)

© Alexis Willett and Jennifer Barnett, 2017

© Землеруб Т.Б., перевод на русский язык, 2018

© Издание на русском языке, оформление. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2019 КоЛибри®

* * *

Посвящается Грэму, без которого не было бы этой книги, и Кэссиди, которая так здорово отвлекала меня, что заставила планировать свое время как никогда раньше! Вы – лучшие

Алексис Уиллет

Посвящается Грегу, а также странным и удивительным мыслям, которыми он со мной поделился

Дженнифер Барнет

Введение
Приступим к делу

Бабах – прогремел взрыв, и возникла Вселенная, затем – обезьянолюди. Они постепенно развивались, их мозг становился все больше и больше, потом чуть сморщился, и – вуаля! – вот и мы. Надо признать, это не самая научная теория нашего появления. Очевидно, что происходило еще много всего, благодаря чему мы стали теми, кто мы есть. Однако нас интересует вот что: зачем мозг настолько вырос и нужен ли он нам именно таким сейчас и в будущем?

Прежде чем пойти дальше, нужно понять, почему мы вообще говорим о том, какого размера мозг нам нужен. Этот вопрос родился после случайно подслушанной беседы двух выдающихся психиатров об исследовании, основанном на результатах сканирования головного мозга, в ходе которого обнаружилось, что у некоторых больных шизофренией людей после приема антипсихотических средств мозг сжимается. Они рассуждали, к чему подобная усадка мозга может привести таких людей в повседневной жизни, поскольку эти данные не были отражены в исследовании. Постепенно психиатры перешли к обсуждению другого вопроса: а заметили бы вообще эти люди изменения размера мозга, если бы сканирования не было? Другими словами, значит ли что-то эта усадка мозга? Что логически привело нас к вопросу: нужно ли изучать изменения размера мозга? Стоит ли нам беспокоиться о том, что они могут коснуться и нас?

На самом деле подобные изменения мозга – не редкость. Есть плохая новость: лет в 35 наш мозг начинает сжиматься. Но есть и хорошая: мы все равно худо-бедно справляемся. И все же нам интересно, как такое возможно. Означает ли это, что нам не нужен весь наш мозг целиком?

У всех людей есть головной мозг. Впрочем, иногда это утверждение вызывает сомнения, когда смотришь на участников реалити-шоу или слушаешь некоторых политиков, но, как бы там ни было, мозг есть у нас у всех. Это невероятно сложный орган, представляющий собой подвижную массу клеток и соединений, и сложнее в нашем организме ничего нет. Мозг балансирует на самом верху организма и контролирует каждое его движение и мысль, неся ответственность за все, что мы делаем. И хотя все мы очень разные и здоровье у нас разное, структура развитого мозга у всех весьма похожа.

Современный человеческий мозг состоит из определенных отделов, которые грубо можно разделить на три группы: полушария большого мозга, мозжечок и ствол. Каждая группа состоит из нескольких частей (для удобства мы постарались показать самые основные на рис. 1). Представляя себе мозг, мы, как правило, вспоминаем как раз большую его часть – полушария. Они выглядят как скомканная в клубок пористая колбаса. Мозжечок гораздо меньше по размеру и расположен в задней части головы, под полушариями головного мозга. Также под полушариями перед мозжечком находится ствол мозга. Однако я не сомневаюсь, что вам известно: это очень упрощенное и грубое представление об анатомии.

Если рассматривать все царство животных в целом, то размер человеческого мозга намного больше, чем можно было бы предположить исходя из размеров человека. Есть мнение, что для того, чтобы позволить себе такой большой мозг, дети должны рождаться раньше, чем у других биологических видов, беззащитными, неспособными себя прокормить или даже уйти от опасности. С точки зрения выживания это совершенно бессмысленно. Так почему же эволюция сформировала наш мозг именно таким? Какие преимущества он нам дает?

Рис. 1. Основные отделы мозга

Мозг – самая сложная из всех известных систем, которая за первый год жизни человека увеличивается втрое. Под действием нового опыта и впечатлений он постоянно меняется, но заметно это лишь на микроскопическом уровне. Благодаря одному воздействию, например обучению, количество мозговых клеток растет[1]1
  На самом деле во взрослом состоянии появление новых нейронов существенно ограничено и возможно всего в нескольких зонах мозга. В данном случае можно говорить об изменении количества и качества связей между нейронами. – Здесь и далее, если не указано иное, примеч. науч. ред.


[Закрыть], и мозг увеличивается, а по другим причинам клетки умирают, и возместить их невозможно. Например, это их реакция на алкоголь или даже обычный процесс старения. В среднем люди с большим мозгом живут дольше и выполняют свои функции лучше. При этом есть различия в размерах и внутри нашей популяции: у мужчин мозг примерно на 10 % больше, чем у женщин; у людей, чьи предки жили в холодном климате, мозг больше, при этом форма мозга и головы более округлая, чтобы лучше сохранять тепло. Подобные различия сглаживаются разницей «программного обеспечения»: будет ли мозг работать на максимальном уровне, зависит не только от разницы в размерах, но и от того, насколько эффективно он используется.

Вопреки распространенному мифу мы используем куда больший объем мозга, чем 10 %, однако даже современная нейробиология не может точно сказать, сколько именно и в какой момент. Все мы знаем, что можно повредить или утратить довольно большую часть мозга без потери таких функций, как язык, мышление и эмоции, которые, собственно, и делают нас людьми. Значит ли это, что, лишаясь нескольких клеток мозга то тут, то там, мы даже не замечаем этого?

Темы, связанные с мозгом и мышлением, бесконечны и безумно интересны. Кто-то с их помощью пытается лучше понять себя и окружающий мир, другие просто удивляются, насколько мозг – сложная и запутанная система и сколько секретов она скрывает. Многие авторы книг о мозге пытаются рассказать, на что он способен, каких вершин можно достичь с его помощью, но наша задача была в том, чтобы, прочитав книгу, вы задумались о мозге в совершенно другом ключе. Вместо того чтобы зацикливаться на всех чудесах, которые может творить мозг, мы зададимся вопросом: можем ли мы нормально прожить, не имея какой-то его части?

О чем же, в конце концов, эта книга и почему вам стоит ее читать?

Цель этой книги – пролить свет на возможности человеческого мозга в прошлом, настоящем и будущем, причем как в оптимальных условиях, так и в не совсем оптимальных, а также поразмышлять о том, что было бы без него. Здесь вы прочтете необычные теории, узнаете об очень интересных впечатлениях отдельных людей и о мнениях профессионалов. Для удобства мы разделили книгу на четыре части, и каждая посвящена определенной теме. Первая рассказывает, кто мы и как мы появились; вторая – о мозге в его обычном состоянии; третья – о том, что происходит, когда не все в мозге так, как должно быть; а в четвертой части вы прочитаете, что происходит с мозгом в течение нашей жизни и за ее пределами.

Мы задумаемся о процессе эволюции человека, зададим себе вопрос, зачем же нам вообще такой большой мозг и что отличает нас от других видов. Затем мы определим, что мозг должен уметь: начнем с базовых проблем, связанных с выживанием, и закончим вершинами, которых может достичь человеческое сознание. Для этого мы изучим данные о развитии человека на протяжении всей жизни и рассмотрим последствия повреждений головного мозга, аномального развития и дегенеративных заболеваний. Мы разберемся, что называется нормальными вариациями размера и структуры мозга у разных полов и различных групп населения и что эти вариации означают в контексте взаимосвязи между биологией мозга и интеллекта, а также других когнитивных функций. Принимая во внимание все, что известно о нормальных функциях мозга, и сравнивая эти данные с историями людей, у которых мозг функционирует только частично, мы подумаем, нужен ли нам такой большой мозг и будет ли нам в конце концов плохо, если он станет немного меньше. И в довершение всего мы заглянем в хрустальный шар и посмотрим, что же случится с мозгом в будущем, если учесть хорошее питание, образование и нормальное медицинское обслуживание, а также появится ли возможность заменить или перестроить поврежденные или стареющие клетки мозга.

Но вы не должны просто слушать, что мы говорим. Множество специалистов, изучающих мозг, поделились с нами своими идеями о том, какой мозг нам нужен, и любезно позволили познакомить вас с ними в этой книге. Только не говорите, что мы вас не предупреждали. В книге приводятся интервью с психологами, психотерапевтами, нейробиологами и с теми, кто работает с людьми, страдающими от неврологических заболеваний. Они расскажут вам невероятные вещи о мозге.

Однако мы хотим подготовить вас к небольшой когнитивной задаче и заставить вас немного поработать. Читая книгу, постоянно задавайте себе вопрос: мозг какого размера нам действительно нужен? Книга поможет вам вооружиться фактами и цифрами, вы познакомитесь с тематическими исследованиями, научными принципами и предполагаемыми сценариями развития событий, а также прочитаете интервью со специалистами. Мы вместе отправимся в путешествие из древней мглы веков в далекое будущее, увидим самые различные виды животных и побываем в разных странах. Мы подумаем над самыми разнообразными вопросами: нужно ли тренировать мозг или быть «суперэйджером»[2]2
  От SuperAging (букв. перевод – «суперстарение»). – Примеч. перев.


[Закрыть], чтобы жить дольше и лучше; стоит ли пить кофе или бегать, чтобы улучшить когнитивную деятельность; правда ли, что у женщин бывает «мамнезия»; разрушается ли мозг, если долго смотреть в экран; и, конечно, правда ли, что обезьянки-мармозетки – хорошие детективы?

ВЗГЛЯД СО СТОРОНЫ

Доктор Грэм Мюррей, преподаватель Отделения психиатрии в Кембриджском университете и психиатр, консультирующий на общественных началах в центре оказания ранней психиатрической помощи CAMEO, Кембриджшир и Питерборо, Общественный фонд государственной службы здравоохранения (NHS Trust), Великобритания.

Грэм совмещает две основные роли: он одновременно и исследователь, и практикующий врач. Как нейробиолог и психиатр он с особым интересом исследует визуализацию мозга. Предмет его исследования – развитие мозга и когнитивных способностей в течение жизни человека; также в круг его интересов входит физиологическая основа психических заболеваний. Как врач-психиатр он работает в сфере «раннего вмешательства при душевных расстройствах». Это значит, что он специализируется на лечении молодых людей, кому впервые ставят диагноз «шизофрения» или другие диагнозы, связанные с психическими расстройствами. Грэм был одним из тех двух психиатров, чей разговор и подтолкнул нас к написанию этой книги, а также он участвовал в работе над проблемой, о которой идет речь.

– Итак, Грэм, расскажите нам подробнее о своем исследовании. Что вы пытались найти и зачем?

– Нам было интересно, происходит ли при шизофрении прогрессивная нейродегенерация. Психиатров давно интересует этот вопрос, потому что у некоторых больных шизофренией с течением болезни состояние ухудшается. Я имею в виду, что чем дольше они болеют, тем хуже они справляются с когнитивными задачами. Симптомы ухудшаются, им все труднее даются повседневные дела, задействующие умственные способности. Ситуация может ухудшаться до такой степени, что они не могут жить самостоятельно и должны жить там, где им круглосуточно обеспечивают поддержку. Неизвестно, почему у некоторых больных состояние ухудшается, но уже давно существует теория, что это может быть вызвано прогрессивной атрофией мозга.

Нам стало интересно, происходит ли у больных шизофренией снижение объема мозга с течением времени. При этом мы знаем, что у всех нас мозг уменьшается, поскольку мы стареем, поэтому нам нужно измерить скорость снижения объема мозга у людей с шизофренией по сравнению с контрольной группой, то есть с теми, у кого заболевания нет. Клинический опыт говорит о том, что шизофрения – очень непостоянное состояние, так что одни пациенты становятся инвалидами, а другие полностью выздоравливают, поэтому нам было интересно изучить варианты изменений головного мозга при этом заболевании. Отдельно мы рассмотрели вопрос, может ли лечение быть связано с ростом или сокращением потери объема мозга, а также наблюдались ли у пациентов с большими потерями симптомы или когнитивные функции, которые ухудшались со временем.

Мы проводили сканирование головного мозга у каждого пациента с интервалом примерно в девять лет. С помощью компьютеров мы посчитали степень потери объема головного мозга между двумя сканированиями. Мы обнаружили, что в среднем потери у больных шизофренией были больше, чем у контрольной группы, а степень уменьшения объема мозга соотносилась с количеством антипсихотических лекарств, которые принимали больные.

– Удивили ли вас и ваших коллег результаты? Или они совпали с вашими предположениями?

– Мы не догадывались об этом, когда только начали исследование. Многие ученые утверждали, что лекарственные препараты нейропротективны и предотвращают потери объема мозга. Однако наша работа заняла несколько лет, и к тому моменту, как мы получили результаты, другая группа ученых, из Айовы, провела похожее исследование и пришла к тем же результатам, что и мы. По сути, мы подтвердили их открытие.

– Учитывая все эти результаты, как вы думаете, что происходит у нас в мозге?

– Самое простое объяснение: медикаменты ускоряют сокращение объема мозга. Однако в исследовании, проведенном исключительно методом наблюдения, как наше, очень сложно доказать причинно-следственную связь. Возможно, что у людей с самой тяжелой степенью шизофрении были наиболее сильные темпы сокращения объема, и поэтому врачи назначали более высокие дозы лекарств. Мы знаем, что чем выше доза препарата, тем больше потери, но мы не можем сказать наверняка, были ли эти потери вызваны большим количеством лекарств или же изначально те, кому нужно было больше препаратов (то есть те, кто был болен сильнее), теряли большие объемы мозга. Другими словами, мы не можем точно различить действие препарата и воздействие болезни на мозг.

– Как вы думаете, отражается ли как-то на человеке уменьшение размеров мозга? Заметно ли это влияние? Учитываете ли вы это в своей работе?

– Мы не нашли связи между степенью сокращения объема мозга и изменениями когнитивной функции. Иначе говоря, ощутимого воздействия на умственную деятельность нет. Картина, которую мы обнаружили у больных шизофренией, отличается от классических нейродегенеративных заболеваний, таких как слабоумие. Нам кажется, что при слабоумии потеря мозга управляет клиническим течением болезни, однако при шизофрении картина не так ясна. Слишком примитивно было бы думать, что потеря объема мозга – это всегда плохой признак. При определенных обстоятельствах даже хорошо, что некоторые части мозга сжимаются. Например, при нормальном развитии в мозге ребенка содержится меньше серого вещества, чем у человека более старшего возраста (хотя количество белого вещества с возрастом, напротив, увеличивается). В ходе исследований было обнаружено, что дети, теряющие большее количество серого вещества в раннем подростковом возрасте, сильнее всего развиваются интеллектуально. Но давайте вернемся к нашему исследованию. С одной стороны, может быть тревожно от мысли, что у людей с шизофренией высокие показатели потери объема мозга, но с другой, не исключено, что эти потери – результат процесса адаптации мозга, и это может быть даже полезно.

Теперь вы, наверное, понимаете, что показатель потери объема мозга в психиатрической клинической работе в настоящее время не особо полезен, так как неясно, что все это значит. Но есть вероятность, что в будущем мы сможем использовать эти данные при уходе за больными, если поймем, о чем говорит потеря объема мозга на индивидуальном уровне.

– Как вы думаете, какой объем мозга нам необходим?

– Кажется, что большинству из нас удается довольно неплохо справляться, несмотря на то что после тридцати наш мозг уменьшается год от года, по мере того как мы становимся старше. Это не значит, что процесс совсем безвредный: может оказаться, что в конечном итоге у нас перестанет получаться компенсировать потери, и с того момента наши умственные способности начнут постепенно снижаться. Также не стоит забывать, что речь идет не только о размере мозга, но и о том, насколько эффективно он работает. Важно и то, насколько хорошо связаны между собой различные области мозга, на достаточном ли уровне обеспечивается поток информации, а также важен баланс химических посредников в головном мозге. Итак, вероятно, в идеале нам нужен весь мозг целиком, но обычно удается приспособиться к тем небольшим изменениям, которые в нем происходят.

I
Суть вопроса
Какого размера наш мозг и имеет ли это значение?

1
Глава рода: почему у человека такой большой мозг?

Наш мозг далеко не всегда был структурой столь великолепной в своей сложности. С тех пор как мы выползли из «первичного бульона», он прошел феноменальный путь развития, но все эти изменения произошли с ним далеко не за одну ночь. На создание этого удивительного органа ушли миллиарды лет, и началось все задолго до того, как наши самые ранние предки появились на планете.

Прежде чем начать разбираться, каковы же функции нашего мозга и действительно ли он необходим нам весь, давайте сделаем шаг назад и посмотрим: почему мозг именно такой, какой он есть? Понимание процесса развития мозга поможет нам определить, какие отделы нам нужны больше (или меньше) всего и почему мы живем именно так, а не иначе. Человеческий мозг увеличивался с самого начала существования наших далеких предков и до недавнего времени, а теперь снова начал сжиматься. Как же развивался наш мозг и чем мы отличаемся от других биологических видов?

Когда на Земле зародилась жизнь, мозг – в том виде, в котором мы его знаем, – не существовал. Все мы вначале были крошечными бактериями без видимого мозга и жили так миллиарды лет. Однако со временем эволюция отдавала предпочтение организмам, способным найти пищу и избежать опасности, и постепенно эти простейшие создания развились в нечто более интересное. Этому «нечто» сначала потребовались механизмы регуляции, способные управлять более сложными поведенческими процессами (а не просто реакцией на раздражители), а затем, много позже, у него появились преимущества, позволяющие лучше согласовывать свое поведение с поведением других представителей вида.

Нервная система развивалась медленно, поскольку некоторые клетки (нейроны) приспособились для передачи информации, и у них постепенно появились длинные отростки (аксоны) для взаимодействия с другими клетками в синапсах, то есть местах соприкосновения с ними. Когда такая нервная система сформировалась, мозг стал центром ее управления. Группы нейронов объединились, и получилось то, что мы сейчас называем центральной нервной системой. Она позволила обрабатывать более сложную информацию, и у животных появилась возможность эффективнее действовать и реагировать на окружающую среду.

Мозг постепенно увеличивался и совершенствовался. Если смотреть с точки зрения эволюции, то самые старые отделы мозга те, благодаря которым мы выживаем. Они контролируют различные функции: дыхание, сердцебиение, поддерживают температуру тела и равновесие. Если вы все еще живы и читаете эти строки, то вы, вероятно, догадались, что эти отделы функционируют и по сей день (больше о них вы узнаете в главе 2). Но появлялись и новые, более сложно устроенные и интересные структуры, расширяющие возможности нашего мозга, и развитие на этом не остановилось.

Со временем появилась способность учиться и запоминать, и обработка данных в нейронной сети становилась все более продуктивной. Поскольку мозг получал больше информации через органы чувств, в основном через зрение и слух, то развивался так называемый неокортекс, или новая кора (которую в дальнейшем мы будем называть просто корой). Это самая последняя пристройка к нашему мозгу, и, если говорить об умственных способностях человека, она часто считается довольно специфической структурой. Благодаря коре головного мозга возникли сложные виды деятельности, особенно социальное поведение; ее появление сделало возможным сложную жестикуляцию, осознанное мышление, способность рассуждать и в конце концов язык.

Вы наверняка знаете, что у первых млекопитающих на планете (появившихся примерно 200 млн лет назад) была лишь небольшая кора. Некоторые из них стали лазать по деревьям. Чтобы лучше ориентироваться в среде обитания и замечать движущуюся очень быстро добычу – например насекомых, – им пришлось адаптироваться к новому образу жизни: улучшить координацию движений и зрение. Такие перемены в поведении привели к расширению зрительной области коры, поскольку те, кто лучше всего адаптировался к жизни на деревьях, передавали свои генетические преимущества следующим поколениям. Установились комплексные связи между различными отделами мозга, и у млекопитающих, особенно приматов, сформировался более сложный стиль поведения.

Теперь вы видите, что мозг проделал долгий путь развития еще до появления гоминид (то есть всех разновидностей как вымерших, так и современных человекообразных обезьян, к которым относимся и мы, люди). Несмотря на то что самые ранние предки современного человека жили приблизительно 6–7 млн лет назад, несколько видов гоминид успели возникнуть и впоследствии исчезнуть до того, как появились мы, современные люди (Homo sapiens[3]3
  Полное видовое название, включающее подвид, – Homo sapiens sapiens.


[Закрыть]). Это произошло всего-навсего 200 000 лет назад. Итак, чем же занимался питекантроп все это время и, что еще интереснее, что происходило с его мозгом?