Текст книги "В моей голове"

Извилина 1. Погружаемся в удивительный мир мозга

Мозг: твой личный суперкомпьютер

Давай начнем с самого начала: а что такое, собственно, мозг? Мозг руководит твоими действиями, чувствами и мыслями. Это компьютер, который управляет всем, что происходит в твоем теле: дыханием, аппетитом, пищеварением. А еще благодаря мозгу ты можешь делать все что захочешь: веселиться, резаться в видеоигры или читать книги (например, эту супер-пупер-книгу у тебя в руках).

Твой мозг всегда чем-то занят, всегда активен, даже когда ты спишь. А знаешь ли ты, что мозг производит столько энергии, что с ее помощью можно зажечь лампочку? А что за день он обрабатывает больше информации, чем все телефоны на свете? Вот уж ленивым его точно не назовешь!

Череп: твоя подушка безопасности

Мозг находится под надежной защитой черепа – твердой костной части головы, – а потому повредить его, к счастью, нелегко. К тому же пространство между мозгом и черепом заполнено спинномозговой жидкостью. Она играет роль амортизатора, наподобие автомобильной подушки безопасности. Вот как хитро придумала мать-природа! И все же иногда природе нужно слегка помогать в защите твоего суперкомпьютера. Например, надевать шлем, когда катаешься на велосипеде.

Дамы и господа, позвольте вам представить… мозг!

Если заглянуть внутрь черепа, можно увидеть вот что: основную часть пространства (около 85 %) занимает большой мозг, и назвали его так не зря. Большой мозг отвечает за различные функции твоего тела: слух, обоняние, обработку речи, зрение (подробнее смотри в Извилине 5) – и состоит из двух крупных частей, о которых мы еще поговорим (когда доберемся до Извилины 3).

Малый мозг, или мозжечок

В нижней задней части головы находится малый мозг, или мозжечок. Как понятно из названия, эта часть мозга совсем небольшая, однако она очень важна. К примеру, мозжечок отвечает за координацию движений. Благодаря ему твои движения согласуются и плавно перетекают друг в друга. Может быть, ты не видишь в этой функции ничего особенного, но она позволяет тебе делать самые разные вещи: ходить, садиться, стоять на одной ноге, кувыркаться или перелистывать страницы этой книги. Без мозжечка мы бы двигались неуклюже и напоминали роботов. Или слона в посудной лавке.

И вот еще что. Задумываешься ли ты при ходьбе, что сначала нужно выставить вперед одну ногу, а потом другую? Наверняка нет. (Если задумываешься, то с твоим мозжечком что-то не так…) Все благодаря малому мозгу: он сообщает телу, что именно нужно сделать, и мы автоматически выполняем движение. Вот и хорошо, ведь иначе мы бы ужасно уставали при ходьбе.

Еще пример: когда ты учишься делать что-то новое, скажем, играть на фортепиано, большому мозгу поначалу приходится трудно. Он вынужден думать о том, куда тебе поставить пальцы, чтобы сыграть нужную ноту, и как их потом переместить, чтобы сыграть другую. Но через какое-то время тебе уже не нужно об этом думать, все выходит само собой. Твои пальцы сами знают, что делать. Ты, должно быть, уже догадываешься, в чем дело. Это мозжечок взял на себя работу большого мозга.

Ствол головного мозга – основа всего

Ниже мозжечка находится ствол головного мозга. Он состоит из нескольких частей. Если представить мозг в виде дерева, это будет его ствол, который связывает большой и малый мозг (ветви с листьями) со спинным мозгом (корнем дерева). Ствол головного мозга отвечает за жизненно важные функции: дыхание, пищеварение и кровообращение. Нам о них заботиться не надо, они выполняются автоматически (вот и хорошо!). Представь, что было бы, если бы нам каждый раз приходилось думать: «Так, сейчас надо вдохнуть». Или после обеда приходилось бы вспоминать, что нужно переварить пищу. Но за нас это делает мозг – очень удобно.

Серое и белое вещество

Из чего же состоит суперкомпьютер, спрятанный у нас в черепе? Мозг – это губчатая масса весом полтора килограмма, которая состоит из 86 миллиардов (86 000 000 000 – целых девять нулей!) нервных клеток. На 9/10 мозг состоит из воды, а на 1/10 – из жира. Кто бы мог подумать, что вода и жир, объединившись, могут создать суперкомпьютер?! Внутри мозга вода и жир образуют серое и белое вещество.

Серые клеточки и кора мозга

Почему мозг иногда называют серыми клеточками? А потому, что его внешняя сторона состоит в основном из серого вещества. В этой тоненькой прослойке (всего три миллиметра толщиной) огромное количество нервных клеток серого цвета – отсюда и название. Внешний слой мозга по-научному называют кортекс. Но лишние сложности нам ни к чему, и в дальнейшем мы будем говорить кора головного мозга, ведь наружное покрытие дерева тоже называют корой. Просто и изящно!

Голова размером с газету?

Ты, наверное, знаешь, что мозг никогда не изображают гладким, ведь его поверхность совсем не гладкая. Кора мозга усеяна многочисленными бороздами и извилинами, которые придают мозгу знакомый тебе «морщинистый» вид. Знаешь, зачем нужны все эти складки? Дело в том, что борозды и извилины увеличивают поверхность мозга. Все просто: мозг защищен черепом. Тебе наверняка известно, что череп состоит из твердой костной ткани и не меняет свою форму. Мозг вынужден занимать отведенное ему пространство внутри черепа. Но благодаря бороздам и извилинам у мозга появляется чуть больше места. Взять, например, листок бумаги. В обычном виде он никогда не поместится в карман твоих штанов. Зато если его смять в комок, то он легко туда влезет! Это очередная хитрость матери-природы. Только представь: без этих борозд и извилин мозг был бы размером с газету! Какой же должна быть голова, чтобы вместить целую газету?

Континенты мозга… или что-то наподобие

Кору головного мозга можно разделить на несколько областей, которые напоминают континенты на карте мира. Эти области называются долями. Например, есть лобная доля. Как можно понять по ее названию, она расположена в передней части мозга, за твоим лбом. Затылочная доля находится в задней части головы. Еще есть теменная и височная доли. Зачем они нужны, ты узнаешь позже, когда мы еще глубже проникнем в тайны мозга.

Белое вещество

Помнишь, мы говорили о белом веществе? Это вторая и крайне важная составляющая мозга. Белое вещество находится прямо под корой и наполнено отростками нервных клеток. (Ого, а что это? – Скоро узнаешь!) Отростки покрыты жировой оболочкой и позволяют нервным клеткам обмениваться информацией. Они тянутся из головного мозга по твоей шее – в спинной мозг, к конечностям, коже и мышцам. Именно отростки нервных клеток передают информацию из мозга всему телу. Например, когда ты играешь в футбол, мозг направляет твои ноги так, чтобы тебе удалось попасть по мячу. Однако информация передается и в обратном направлении – от тела к мозгу. Представь: тебя обжигает пламя свечи. (Ай!) Рецепторы кожи бьют тревогу и сообщают мозгу, что случилось. Ты чувствуешь боль, а твой мозг, в свою очередь, дает команду мышцам руки отдернуть пальцы. (Уф-ф!)

А бывало ли с тобой такое? Лето, жара, ты на песчаном пляже и хочешь скорее окунуться в воду. Ты снимаешь обувь и делаешь шаг. Ай – горячо! Подпрыгивая и прихрамывая, ты наконец добираешься до воды и охлаждаешь ноги. Это значит не только то, что тебе удалось прийти к морю, но и что отростки нервных клеток тянутся аж до твоих ступней! Да-да: самый длинный отросток нервной клетки в человеческом теле – больше метра в длину.

Отростки и разветвления

Мы уже познакомились с нервными клетками и их отростками, но как они все-таки работают? У каждой нервной клетки (ученые называют ее нейроном) есть тело и тонкие отростки. Представь, что тело – это голова и живот клетки, а отростки – ее руки и ноги. На рисунке ниже изображено тело нервной клетки – ее ядро. В нем располагается все необходимое для жизни нейрона.

У нейрона есть два вида отростков. Мы уже говорили о длинных белых отростках, которые покрыты жировой оболочкой. Это аксоны – они пересылают сигналы от одной нервной клетки к другой. Аксоны – почтальоны нашего мозга. Благодаря той самой жировой оболочке они передают сигналы очень быстро. Так что свою работу они делают молниеносно. (У настоящих почтальонов все наоборот: самые упитанные из них более медлительны, правда?)

Другие – разветвленные – отростки называются дендриты. (Ден… Как, еще раз? – Ден-дри-ты.) Эти ответвления устанавливают связи с другими нервными клетками и передают сигналы аксонов (тех самых «упитанных» почтальонов) телу клетки. Ох и хитро же устроен наш мозг!

Нейроны, нейроны и снова нейроны

Теперь, когда ты уже немного представляешь, как выглядят нервные клетки (они же нейроны), пора познакомиться с их видами. Существует четыре основных вида нейронов: рецепторные, сенсорные, моторные и промежуточные.

Рецепторные нейроны – это сенсоры, которые принимают различную информацию: тепло (помнишь горячий песок под ногами?), свет, боль, давление. Они превращают ее в сообщение, понятное мозгу (мозг, конечно, сообразительный, но иногда упрямится и хочет получать сообщения только в определенном виде). К примеру: «На помощь! Моим ступням горячо!» или «Спасите! Обжигает!» А передают это сообщение нервные клетки другого вида – чувствительные, или сенсорные, нейроны.

Третий вид нервных клеток – двигательные, или моторные, нейроны. Они передают приказы мозга (да, ведь мозг руководит телом) дальше – мышцам, коже и органам. Например: «Скорей беги к морю!» или «Балбес, вытащи палец из огня!»

Четвертый вид – вставочные, или промежуточные, нейроны. Они связывают различные нервные клетки друг с другом. Например, они приходят на помощь, когда нужно связать между собой сенсорный и моторный нейроны.

Электричество у тебя в голове

Нервные клетки обмениваются информацией через отростки (аксоны, помнишь?) и разветвления (дендриты). Это происходит с помощью электрических сигналов (в науке их называют синапсами). Одна клетка отправляет сигналы другой волнами: чем больше волн и чем они крупнее, тем лучше будет передана информация. Дело в том, что мозг не всю информацию воспринимает одинаково, иначе от ее количества мы бы запутались. Поэтому волна электрических сигналов сначала должна преодолеть что-то вроде барьера. Лишь когда волне это удается, нервная клетка «стимулируется» (будто ее пощекотали) и принимает информацию. Если сигналам не удастся преодолеть барьер, то клетка просто ничего не заметит.

Химические реакции у тебя в голове

В твоей голове много не только электрических импульсов, но и химических реакций. Дело в том, что нервные клетки со своими длинными отростками и разветвлениями почти-почти-почти-и-и касаются друг друга, но так никогда и не встречаются. Их разделяет пространство шириной около 20 нанометров (0,00000002 метра). Казалось бы, это расстояние очень мало, но электрические сигналы все же должны его преодолеть, чтобы успешно передать информацию. К счастью, у твоего умного мозга и для этого есть решение – химическое вещество-посредник под названием нейротрансмиттер.

Нейротрансмиттеры в виде крошечных шариков лежат на окончаниях аксонов (как мячики в игровом бассейне). Когда на окончание аксона поступает электрический сигнал, который нужно передать дальше, шарики отправляются в «большое путешествие» расстоянием в 20 нанометров. Прибыв на противоположную сторону, они ищут свое место: посредник не может «парковаться» где угодно. У каждого вида нейротрансмиттеров есть собственное место парковки – оно называется рецептором. Нейротрансмиттер можно сравнить с ключом, который открывает только один замок, а все остальные – нет (и хорошо, что так!).

Посредники на любой вкус и цвет

Существует множество видов нейротрансмиттеров. Одни вещества-посредники усиливают электрический сигнал и помогают в передаче информации (их называют возбуждающими нейротрансмиттерами). Другие же, наоборот, слегка притормаживают сигнал (это тормозные нейротрансмиттеры). Одни не хуже и не лучше других: главное, чтобы они работали сообща и находились в равновесии. Если возникнут перебои, человек может заболеть (позже мы поговорим об этом). Баланс нейротрансмиттеров могут нарушить и некоторые лекарства. Ученые обнаружили в человеческом теле уже более ста видов нейротрансмиттеров и подозревают, что их еще больше. К веществам-посредникам относятся, например, дофамин и серотонин. О них мы тоже поговорим позже.

Извилина 2. «Чи-и-из!» – мозг делает селфи

Немного истории

Мысль о том, что мозг – это суперкомпьютер, с помощью которого мы думаем и чувствуем, возникла в науке относительно недавно. Долгое время люди считали мозг чем-то вроде «начинки» черепа, а главным органом человеческого тела называли сердце. К примеру, у мумий в Древнем Египте удаляли почти весь мозг, так как считали его лишним грузом.

Хотя роль мозга долго недооценивалась, люди все же довольно давно догадались, что это особенный орган. Еще в XVII веке до нашей эры (!) один военный лекарь описал на свитке папируса случай с двумя солдатами, которые после ранения в голову начали дрожать и разучились говорить (скорее всего, их мучили приступы эпилепсии). Так впервые была установлена связь между повреждением мозга и определенными жалобами пациентов. Этот свиток папируса важен для истории еще и потому, что на нем был изображен иероглиф (письменный знак у египтян), обозначавший мозг.

Лишь в V или VI веке до нашей эры один мудрый древнегреческий лекарь, Алкмеон Кротонский, понял, что в мозге заключено сознание человека. Алкмеон рассуждал так: органы чувств связаны с мозгом нервами, а значит, мозг – это источник всех наших чувств и ощущений. Более того, Алкмеон утверждал, что органы чувств не могут работать как следует, если мозг поврежден. Вот каким умницей был Алкмеон!

Несмотря на египетский свиток папируса и мудрость Алкмеона, истории известно немало заблуждений о мозге. Неверные выводы делали даже выдающиеся ученые. К примеру, знаменитый древнегреческий философ Аристотель полагал, как и большинство древних египтян, что центром мышления является сердце. Мозг же он считал органом, который охлаждает теплую кровь, – что-то вроде кондиционера, встроенного в голову. Аристотель видел в этом ответ на вопрос, почему люди умнее животных и способны мыслить логически. Наш мозг больше звериного, поэтому лучше охлаждает кровь, считал он. Хоть Аристотель и слыл мудрецом, но здесь он ошибся (и очень сильно). Как видишь, даже самые светлые головы иногда допускают ошибки!

Древние греки считали человеческое тело священным, поэтому не могли получше изучить мозг, вскрывая умерших (вскрытие после смерти – это рассечение и исследование тела или его части). Правда, нам известен один древнегреческий анатом (тот, кто изучает строение тела) по имени Гален, рассекавший мозг разных животных – от овец до кабанов. В результате этой работы он пришел к выводу, что большой мозг имеет отношение к чувствам, так как он мягкий на ощупь. А вот малый мозг, по мнению Галена, в основном управляет мышцами. Ну и вдобавок – это самый странный вывод – ученый решил, что мозг работает благодаря тому, что через него пролетают духи животных. Хм… Гален, это чересчур! Хотя как было бы здорово: каждый мог бы выбрать себе любимое животное, которое повелевало бы его мозгом. Но даже несмотря на подобные выводы, исследования Галена помогли получить первое представление об анатомии мозга и о ведущих к нему нервах.

Всерьез разбираться в анатомии мозга люди начали намного позже. Лишь в XIII–XIV веках появились первые книги об этом, и чаще всего их писали итальянские лекари.

В XVI веке в Брюсселе жил один талантливый врач, известный под именем Андреас Везалий. Настоящее его имя было Андрис ван Весел, но ему хотелось модный латинский псевдоним. Везалий крайне интересовался строением человеческого тела и часто выполнял вскрытия трупов. Звучит, конечно, жутковато (это и правда жутковато), но таким образом Везалию удалось в подробностях зарисовать и описать человеческое тело изнутри. Его публикации до сих пор не потеряли своей значимости, а его пример вдохновил многих других ученых, которые затем продолжили исследовать мозг. Благодаря этому Везалий считается основоположником анатомии.

Еще одной светлой головой был Поль Брока – французский ученый, который жил в XIX веке. Он обнаружил в мозге небольшой участок, отвечающий за речь. Этот участок назвали в его честь – центр Брока. Исследования Брока показали, что у пациентов, которые испытывают трудности с речью, повреждена именно эта область мозга в передней части левого полушария.

Это открытие очень помогло в развитии нейробиологии (науки о человеческом мозге и нервной системе). Брока доказал, что разными функциями организма управляют разные части мозга. Как в оркестре, где каждая группа инструментов – духовые, струнные, ударные – выполняет свою задачу. Каждый музыкант играет на собственном инструменте, но слушает и остальных, чтобы они звучали все вместе. Так работает и мозг. Однако, прежде чем мы ближе познакомимся с мозговым оркестром и его инструментами, давай подумаем вот о чем: а как можно заглянуть в мозг?

Мозг изнутри

Тебе когда-нибудь попадался на глаза стильный черно-белый снимок мозга? А может, у тебя даже есть фотография собственного мозга? На которой голова будто разрезана пополам и можно рассмотреть все внутри?

Долгое время сфотографировать мозг было невозможно – этому, понятное дело, мешал череп. Вот если бы череп можно было как-нибудь открыть (например, расстегнуть на нем молнию)… Но это, увы, невозможно. К счастью, ученые и врачи нашли решение проблемы. И даже не одно.

В прошлом веке появилась возможность изучать мозг внутри черепа, и для этого не нужны ни молния, ни топор, ни пила. Мозг можно просто сфотографировать сквозь череп – сделать своего рода селфи.

Один из способов изучения мозга – компьютерная томография, или КТ (а ведь ее могли бы назвать «КоТ»!).

Все эти термины запоминать необязательно, главное – понять принцип: специальный прибор томограф делает снимки слоев мозга с разных точек и под разными углами. Толщина каждого слоя – несколько миллиметров. Можно сказать, что мозг пациента «режут» на ломтики. Нет-нет, не нужно бояться: это не настоящие ломтики, а виртуальные. Затем они «склеиваются» друг с другом (тоже виртуально), и получается трехмерное изображение мозга. Оно помогает врачам проверить, здоров ли мозг, нет ли в нем повреждений (например, кровоизлияния или опухоли). Так врачи могут точно обозначить проблему и подобрать лечение.

Еще один способ – магнитно-резонансная томография, или МРТ. Пациента помещают в длинную узкую трубу, которая представляет собой большой и мощный магнит. МРТ позволяет получить очень подробные изображения мозга. К примеру, врачи могут следить за ростом опухоли, проводя МРТ каждые две недели. Кроме того, с помощью этого способа изучают связь между областями мозга и их задачами. Эта технология называется функциональной МРТ и в последние годы применяется все чаще. Очень интересно наблюдать, какие части мозга активизируются, когда человек выполняет какое-либо действие (двигает пальцами, читает книгу, слушает любимую музыку). Особенно часто функциональную МРТ применяют ученые, которые хотят больше узнать о работе мозга.

Третий способ – позитронно-эмиссионная томография, или ПЭТ. Пациента и в этом случае помещают в своеобразный туннель, но вместо магнита используют радиоактивное вещество. Да, представь себе, пациенту вводится немного радиоактивного вещества (доза очень маленькая, и от облучения ты не превратишься в супергероя Халка). Томограф подсвечивает это вещество, и врачи могут проследить, по какому пути оно движется с кровью к мозгу. Так можно увидеть, какие части мозга более активны (в них поступает больше крови), а какие – менее. Это полезно при исследовании некоторых болезней или опухолей.

Если тебе захочется почувствовать себя роботом, можно пройти электроэнцефалографию, или ЭЭГ. С ее помощью можно измерить электрическую активность мозга через кожу головы. На тебя надевают головной убор (он похож на странную шапочку для купания) с датчиками электроактивности. На экране видны типы волн, по которым можно судить о работе и состоянии мозга. К примеру: «Скукотища! Я вот-вот засну», – сонливость (тета-волны), «Хорошая книжка, очень интересно!» – расслабление (альфа-волны), «Это лучшая книга на свете, скорей бы прочесть, что дальше!» – возбуждение (бета-волны), а «Хр-р-р…» – глубокий сон (дельта-волны).

Ну вот, теперь ты знаешь, как можно заглянуть в мозг и исследовать его. Дальше мы изучим части мозга и поймем, за что они отвечают. Нас ждет урок анатомии на фабрике мозга!