Текст книги "Нейробиология здравого смысла. Правила выживания и процветания в мире, полном неопределенностей"

Если вы слушаете выступление двух политиков и хотите определить, кто из них лучше соответствует вашим представлениям, участки мозга, такие как задняя теменная кора (над областью уха), префронтальная кора (за глазами), новая кора, или неокортекс, скорее всего, в этот момент активированы, пока нейронная система решает, кто из кандидатов заслуживает вашего голоса. Нейроэкономику и специфические участки мозга, помогающие нам ориентироваться в неопределенностях жизни, мы будем обсуждать в главе 4. Мы все больше понимаем, как сложна работа мозга при выборе реакций в тех или иных ситуациях. Но все же есть доказательства того, что мозг часто использует привычки как наиболее легкий путь с минимальными затратами времени и сил, когда ситуаций неопределенности становится меньше.

Привычки мозга

Когда мы воспроизводим знакомые типы поведения и они приводят нас к ожидаемым результатам, мозг сокращает количество реакций, необходимых для образования моделей поведенческих откликов. Я уверена, что, когда я только начала водить машину, мой мозг буквально вскипал, обрабатывая входящую информацию, чтобы поскорее определить, когда нужно опустить педаль газа и обогнать впереди идущую машину, при этом не пропустив съезд, или сколько секунд нужно для того, чтобы светофор с желтого света переключился на красный. Став более опытным водителем, я трачу на эти решения намного меньше нейронной энергии. Но наличие большого опыта – не всегда идеальное решение для адаптивного поведенческого отклика. Хотя опыт и сделал стиль моего вождения более уверенным, моя расслабленность за рулем и возможность думать о чем-то кроме дороги, возможно, сделали меня более уязвимой перед водителем-новичком, который вцепился в руль. По мере того как неловкие и неуверенные реакции сменяются отлаженными привычками, происходит сдвиг внимания как своего рода уступка опыту. Но, безусловно, вырабатывать такие привычки необходимо.

Энн Грейбил, невролог из Массачусетского технологического института, работает над тем, чтобы отделить устоявшиеся привычки от целенаправленного поведения. Это можно сделать, если точно определить, какие области мозга управляют переходом от направленных форм поведения к устоявшимся и почти рефлекторным моделям[48]48
  Graybiel A. M., Smith K. S. Good habits, bad habits // Scientific American. 2014. Vol. 310. P. 38–43.


[Закрыть]. Польза привычек очевидна. Как только вы нарабатываете определенные поведенческие образцы, исчезает необходимость тратить на них большое количество ресурсов. Если вы учитесь делать омлет, то сначала вам придется обдумывать каждый шаг, но очень скоро приготовление этого незамысловатого блюда войдет в привычку и вы станете выполнять все этапы не задумываясь. Сэкономленные ресурсы можно посвятить другим задачам, например разговору или планированию следующего дня.

Рис. 3. Базальные ядра управляют привычным поведением. По мере того как поведение переходит от типов, требующих внимания, к более рефлекторному режиму, большое скопление структур в центре мозга, известное как базальные ядра, приобретает все более важную роль. Хотя рефлекторные реакции на первый взгляд кажутся более эффективными, недостаток внимания в привычном поведении может приводить к несчастным случаям при выполнении задач, в которых уже наработалось мастерство и компетенция, например в вождении автомобиля, приготовлении еды и т. д. Рисунок Билла Нельсона (Bill Nelson)

На рис. 3 показано то, что обнаружила Энн Грейбил, а именно большое скопление серого вещества в центральной области мозга, или так называемые базальные ядра, которые облегчают переход от режима обучения к режиму «автопилота». На ранних этапах обучения задействована нижняя доля этой структуры мозга, пока вы пытаетесь понять, как все работает. Эта нижняя, или вентральная, часть расположена рядом с участком мозга, упрощенно рассматриваемым как центр удовольствия, или прилежащее ядро (более подробно мы рассмотрим этот участок мозга в главе 6). Ключевое нейрохимическое вещество этой структуры, дофамин, определяет исследовательское поведение, выделяя важные аспекты нового ответа. Но как только исследование завершается и происходит овладение новым окружением, в дело вступает верхний отдел базальных ядер. Этот переход в мозге отражает смещение внимания, поскольку по мере овладения навыком решения задачи задействуется все меньше сил на исследование и действия становятся более автоматическими. Подобная «автоматика» может объяснять, почему, например, в приготовленном омлете вы не заметили осколки яичной скорлупы.

Хотя эффективность часто бывает востребована, несложно заметить, как привычки могут приводить к опасным и нежелательным ситуациям. Когда наша защитная система отключается и организм переходит в режим «автопилота», мы становимся уязвимыми перед ловушками, которые расставляет мир. Так, сидя за рулем, но думая о работе, вы можете не заметить машину, выскочившую на красный свет, или ребенка, бросившегося на проезжую часть за мячом. Получается, что разумнее оставаться максимально бдительным, даже занимаясь повседневными делами. И уж тем более не спускать базальные ядра с короткого поводка в режиме закрепленной привычки, когда нужно выполнять не только рутинные дела. Вряд ли кто-то обрадуется, когда хирург, в режиме привычки, зашьет легкие и не заметит, что в них остался скальпель. Кей Дисмьюкс, бывший ведущий ученый по изучению человеческого фактора в научном центре НАСА, провел исследование, которое подтвердило, что при переходе самолета в режим автопилота в кабине чаще совершаются ошибки; так что вряд ли кто-то захочет, чтобы настоящий пилот тоже перешел в режим привычки. Даже при множестве контрольных проверок порой бывает трудно сосредоточиться на задаче, особенно в мире, полном отвлекающих моментов. Дисмьюкс вместе с коллегами написал книгу «Миф о многозадачности» (The Multitasking Myth), в которой рассказал об уязвимости мозга в опасной ситуации, когда человек пытается решить несколько задач[49]49
  Loukopoulos L. D., Dismukes R. K. The Multitasking Myth. N. Y.: Ashgate Publishing, 2009.


[Закрыть]. Мы считаем, что можем эффективно выполнять несколько задач одновременно, но имеется множество доказательств того, что даже при выполнении самых простых и рутинных дел наша так называемая многозадачность приводит к трагедиям. Возможно, самые страшные примеры такой поведенческой уязвимости – это случаи, когда родители, погрузившись в рутинную закупку продуктов, забывают, что оставили в машине ребенка, а ведь это смертельно опасно, особенно при высоких летних температурах. Мы и представить не можем, что человек может настолько отвлечься, но огромное количество подобных историй, даже с летальным исходом, доказывает обратное.

Переключимся к менее серьезным вещам. Около двадцати лет назад, когда я присутствовала на ежегодном собрании Общества философии и психологии юга США (Southern Society for Philosophy and Psychology), один из докладчиков, прежде чем представить свои исследования, рассказал забавную историю о том, как привычка сыграла с ним злую шутку. Решив перед выступлением почистить зубы, он слишком поздно заметил, что вместо зубной пасты выдавил на щетку Preparation H, популярное средство от геморроя, упакованное в похожий на зубную пасту тюбик. Поскольку он не знал, какой эффект может оказать местное применение этого препарата, он решил предупредить присутствующих на тот случай, если во время доклада ему станет плохо. Этот пример показывает, что ни надпись на тюбике, ни странный вкус «пасты» не смогли преодолеть привычный барьер, поставленный базальными ядрами этого мужчины. Подобную реакцию можно объяснить знанием нейронных цепей, лежащих в основе привычных реакций. Однако сложнее объяснить решение мужчины поделиться этой пикантной информацией с коллегами-профессионалами, которые могли бы задаться вопросом, почему столь специфический препарат хранился рядом с зубной пастой. Непонятно, какой участок мозга следует винить в этом интересном поведенческом проявлении, известном как ложный шаг.

Что делать землеройке?

Во многих культурах сегодня наблюдается изобилие пищи, она буквально повсюду, куда ни бросишь взгляд, и людям сложно представить те времена, когда их предки постоянно испытывали голод. У людей прошлого познавательные способности, несомненно, были направлены на поиск и накопление пищевых запасов. Эта реакция известна как фуражирование, или поведение, связанное с поиском и добыванием корма. Исследователи посвятили много времени определению оптимальных стратегий фуражирования, которые дают наибольшую пищевую результативность для разных видов животных. Следует отдать должное и первопроходцу Скиннеру, который одним из первых исследовал (в лаборатории) поведенческие реакции фуражирования с различными схемами подкрепления. Вне стен лаборатории, если животному приходится тратить много энергии на преследование добычи или захват источника пропитания, имеющего минимальную пищевую ценность, такое поведение нельзя квалифицировать как оптимальную тактику фуражирования. Однако если речь идет о единственном пищевом источнике, то даже такая тактика превращается в оптимальную стратегию фуражирования. Теперь мы знаем, что множество факторов вносит вклад в стратегию оптимального фуражирования. Расход энергии, безопасность, постоянная доступность, степень пищевой ценности и конкуренция – вот лишь некоторые факторы, влияющие на пищевой результат. В ходе эволюции постоянно возникала необходимость совершенствовать вероятностные навыки, помогающие определять оптимальные стратегии поиска пищи, что способствовало усложнению структуры мозга.

Рассмотрим, например, обыкновенную землеройку – крошечного грызуна с заостренным носом, как у трубкозуба, и крошечными глазками, широко распространенного по всей Европе. Ее вес примерно равен весу двух-трех одноцентовых монеток, и, чтобы выжить, она ежедневно должна обильно питаться. Из-за крохотного размера у животного чрезвычайно высокий метаболизм и огромный расход энергии, поэтому эти крохотные млекопитающие должны есть каждые несколько часов, чтобы не умереть, и они не могут заказывать еду навынос! Хотя мы не знаем, осознает ли землеройка опасность своего положения – постоянную угрозу для жизни, но ее нервная система настроена на почти непрерывный поиск пищи, поскольку от беды ее отделяет одна порция еды и пара часов[50]50
  Saarikko J. Foraging behaviour of shrews // Annales Zoologici Fennici. 1989. Vol. 26. P. 411–423.


[Закрыть].

Постоянный метаболический кризис не позволяет землеройке ошибаться при поиске еды. Она должна не только тратить минимум энергии, чтобы получить наиболее калорийный результат, но и быть предельно осторожной в этих поисках, чтобы не стать добычей совы или лисицы. И только представьте, какое дополнительное давление оказывает на эту опасную метаболическую формулу нервная система самки с выводком детенышей, требующих дополнительного расхода энергии. Ученые воспользовались этими особенностями землероек и, изменяя в лаборатории условия добывания пищи, постарались узнать как можно больше об их поведенческих откликах, например о готовности рисковать и принимать те или иные решения. В одном из экспериментов исследователи ставили грызунов перед выбором между постоянным источником небольшого количества пищи и несистематической, но обильной кормежкой. Вначале хвостатые подопытные предпочли надежный и постоянный источник пищи, но, когда ученые на некоторое время убрали обе кормушки, а потом вернули их, грызуны предпочли миску с большим количеством корма, поскольку проголодались сильнее[51]51
  Barnard C. J., Brown C. A. J. Risk-sensitive foraging in common shrews // Behavioral Ecology & Sociobiology. 1985. Vol. 16. P. 161–164.


[Закрыть]. Этот пример показывает, как мозг реагирует на изменившиеся условия окружающей среды и направляет животных на иные контингенции, позволяющие оптимизировать калорийный результат.

Таким образом, стало понятно, что землеройки инстинктивно осуществляют достаточно сложные контингентные расчеты. Возможно, подобные стратегии поиска пищи объяснят давнюю загадку мозга. В то время как вес мозга человека обычно составляет всего 2 % от веса тела, мозг землеройки занимает колоссальные 10 %. Во всем царстве животных ни у одного животного нет более высокого отношения массы тела к массе мозга, чем у крошечной землеройки. Теперь-то мы знаем, что на интеллект и познавательные способности влияет не только соотношение массы мозга к массе тела, однако такой большой размер мозга землеройки не имеет внятных объяснений. Для чего же ей такой большой мозг? Хотя нам еще предстоит найти свидетельства впечатляющих интеллектуальных способностей этих животных, возможно, постоянный пищевой кризис, в котором пребывает землеройка, требует сверхкогнитивных ухищрений для решения задач в таких специфических пищевых условиях. Впрочем, поскольку у грызунов отсутствует способность импровизированного решения задач, вероятно, им нужно хранить большие объемы информации о том, как реагировать на различные фуражные сценарии, и поэтому им требуется больший мозг. Возможно, крайняя необходимость, заставляющая землеройку каждые два-три часа отправляться на поиски еды, требует от их мозга более серьезных затрат в нейронных механизмах, чем у крупных млекопитающих с меньшими энергозатратами и медленным обменом веществ. Это непритязательное маленькое животное – один из самых крупных специалистов по поиску корма.

Настоящая головоломка!

В этой главе описывались научные исследования Павлова, которые должны были пролить свет на прогнозирование поведенческих реакций. Животные сообразили, что свет предвещает появление еды, и после достаточной тренировки они стали реагировать на зажигающийся свет как на появление еды. Исследования условного рефлекса были достаточно революционными, но при всей значимости этих наблюдений нужно отметить, что мы не живем в мире совершенных предсказаний. В действительности самое предсказуемое явление в нашей жизни – это непредсказуемость происходящих событий.

Позднее одна из ассистенток Павлова, Н. Р. Шенгер-Крестовникова, разработала эксперимент, с помощью которого она смогла определить, насколько разрушительной может быть неопределенность ситуаций. В этой экспериментальной прелюдии к будущим исследованиям по нейроэкономике она обучала собак реагировать на круг, чтобы получить желанную еду. Животные запомнили, что, если они реагировали на овал, они не получали корм, а когда им одновременно показывали круг и овал, собаки знали, что для получения корма нужно выбрать круг. В ходе эксперимента форма овала изменялась и все больше приближалась к кругу, что в конце концов приводило собаку в полное замешательство. Можно подумать, что в огромной схеме жизненных контингенций такая ситуация для собак не очень важна, но, по мнению Павлова, собаки считали иначе.

Поведение животных резко менялось. Собаки, спокойные до этого, начинали скулить и вести себя беспокойно, они вырывали провода механизма, стимулирующего кожу, и, чего не случалось ранее, пытались избавиться от закрепленных во рту пробирок для сбора слюны[52]52
  Pavlov I. P. Conditioned reflexes. P. 291.


[Закрыть].

Ученые, изучающие поведение животных, называют типы поведения, наблюдаемые в неожиданных ситуациях, поведенческими смещениями. Для людей это тоже характерно. Когда мы сталкиваемся с ситуацией, на которую нет четкого ответа, мы можем начать озадаченно почесывать затылок или постукивать ручкой по столу. Не важно, в чем состоит проблема, но как чесание затылка или постукивание ручкой может помочь ее разрешить? Если мы хотим отобразить неопределенность в программе PowerPoint, мы тоже «чешем затылок» – ставим знак вопроса. Конечно, затылок можно почесать, потому что зачесалась голова, но в неопределенной ситуации подобное действие вряд ли будет уместным.

Эти наблюдения убедительно доказывают, что поведенческие смещения сигнализируют о том, что мозг продирается через контингентные формулы, если он не в состоянии определить последствия конкретной реакции. Но интересно, что такое смещенное, кажущееся нефункциональным поведение может иметь и собственную функцию – оно позволяет нам реагировать (расхаживать, почесываться и т. д.) на неопределенную ситуацию понятным образом и, снижая уровень тревоги, позволяет прорываться сквозь неопределенность и находить оптимальное поведение. Однако иногда, как бы сильно мы в терапевтических целях не почесывали затылок, обстоятельства не позволяют нашим контингентным калькуляторам правильно отреагировать. Обстоятельства, подобные бедности, популярности, приему психотропных веществ, эмоциональному и физическому насилию, а также неисправным нейронным функциям, могут привести к дефициту контингенций и в итоге проявиться в виде психического заболевания, такого как обсессивно-компульсивное расстройство, посттравматическое стрессовое расстройство или депрессия[53]53
  Troisi A. Displacement activities as a behavioral measure of stress in nonhuman primates and human subjected // Stress. 2002. Vol. 5. P. 47–54.


[Закрыть]. В восьмой главе я подробно расскажу о таких реакциях, которые вовсе не способствуют адаптации к неопределенности.

Интересно поразмышлять над тем, что подобные контингентные расчеты могут быть эмпирической основой того, что философы называют свободой воли. Философы – предшественники психологии – считали, что свобода воли присуща исключительно человеку и не зависит от природных сил, которые влияют на другие функции. То, что мозг вычисляет последствия возможных реакций, может считаться более естественным толкованием свободы воли в том смысле, что такие мозговые расчеты, в большинстве случаев основанные на прошлом опыте, влияют на индивидуальные реакции. Принимая во внимание эту сложность, маловероятно, что два человека будут абсолютно одинаково реагировать на схожие ситуации. Соответственно, «свобода воли» – это более точное описание гибкого и информированного поведенческого отклика, чем «закрепленная воля», которая предполагает предсказуемые реакции, а похоже, именно так считали первые бихевиористы[54]54
  Baum W. M. Understanding Behaviorism.


[Закрыть].

Каким бы интересным ни было обсуждение философских терминов, таких как свобода воли, мы перейдем к обсуждению внутренней работы мозга – контрольного центра вероятностных расчетов. Чтобы узнать больше о самом эффективном расчете контингенций, важно лучше понимать принцип работы того органа, который принимает эти стратегические решения. Это понимание подведет нас на шаг ближе к предотвращению возникновения пузырей мозга, поскольку мы сможем лучше разобраться в нейронных реакциях, которые приводят к адаптивному поведению и желаемым результатам.

3
Человеческий мозг
Глаза разбегаются

Хотя многие функции мозга до сих пор покрыты тайной, скорость, с которой нейробиологи заполняют информационные реестры физических свойств мозга, ошеломляет. За последние полвека развитие передовых методов дало нейробиологам возможность разными способами исследовать мозг, что позволило уйти от страшных экспериментов с подопытными животными, которым ученые специально повреждали мозг, чтобы наблюдать за последствиями, или от экспериментов с людьми, имевшими естественные нарушения в работе мозга[55]55
  Knight R. T., Heinze H. J. The human brain: the final journey // Frontiers in Neuroscience. 2008. Vol. 2 (1). P. 15, 16. doi.org/10.3389/neuro01.020.2008.


[Закрыть]. Такими жестокими методами исследователи смогли только найти связь между определенными областями мозга и врожденными способностями и чувствами, такими как агрессия или голод, но эти примитивные методы не могли объяснить, как и почему возникают те или иные реакции. Современные методы – от генетических манипуляций до визуализации мозга в реальном времени – предоставили в руки ученых целые тома новых данных.

Сегодня, в условиях информационного цунами, нам трудно представить, что когда-то о мозге не было известно ничего. Но еще в конце XVIII века состояние этой области было именно таким. В то время ученые не располагали объективными и надежными данными, которые помогли бы хотя бы умозрительно понять, как работает мозг; неблагоприятная с точки зрения методологии ситуация отодвигала науку о мозге на задний план, отводя ей место после таких точных и признанных дисциплин, как физика и математика. Но все же первые исследователи сосредоточились на правильном органе – мозге. Несмотря на примитивность ранних методов, признание того, что мозг – единственный орган, связанный с мыслями, поведением и эмоциями (смелое предположение, которое сделал Гиппократ еще в IV веке до н. э.), само по себе явилось важным шагом. Однако даже сегодня, когда мозг уже обстоятельно исследован, ученые все еще не понимают, как он включается и что поддерживает его функции. В этой главе мы немного отклонимся от обсуждения поведенческих результатов и обсудим работу нейронных сетей мозга. Но уже в следующих главах мы вернемся к поведению и отлаженным расчетам контингенций.

Изображение мозга сквозь века

Когда мозг впервые оказался в центре внимания ученых, этот орган, весом всего в полтора килограмма, рассматривали как некую кашеобразную массу. Так продолжалось до тех пор, пока во второй половине XIX века не был открыт «мозговой краситель», с помощью которого удалось увидеть очертания клеток, содержащихся в ткани мозга. Такой способ окрашивания открыл итальянский ученый Камилло Гольджи в надежде больше узнать о том, как мозг совершает свои впечатляющие подвиги. К сожалению, Гольджи упустил то, что было прямо перед его глазами, и не понял индивидуальных особенностей этих клеток. В Испании Сантьяго Рамон-и-Кахаль стал изучать ткань мозга, окрашенную красителем Гольджи, и точно установил, что она состоит из отдельных клеток, а не представляет собой непрерывную сеть, как считал Гольджи (на рис. 4 показана ткань мозга из моей лаборатории, окрашенная знаменитым красителем Гольджи). За эти открытия в 1906 году Кахалю и Гольджи была присуждена Нобелевская премия[56]56
  Mazzarello P. Golgi: A Biography of the Founder of Modern Neuroscience. N. Y.: Oxford University Press, 2010.


[Закрыть].

Примерно десять лет назад, приехав на собрание Общества неврологов, я предалась одному из своих тайных пристрастий – посещению букинистического магазинчика Джона Гэша, очень толкового собирателя книг, который специализируется на оригинальных трудах, посвященных мозгу и поведению. В тот раз меня «зацепила» книга Джона Бэтти Тьюка «Безумие от перенапряжения мозга» (The Insanity of Over-Exertion of the Brain), опубликованная в 1894 году[57]57
  Tuke J. B. The Insanity of Over-Exertion of the Brain. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1894.


[Закрыть].

Рис. 4. Разные нервные клетки. Хотя Камилло Гольджи создал «мозговой краситель», который позволил увидеть отдельные клетки мозга, он остался верен своему представлению о непрерывной сети этих клеток. Лишь Сантьяго Рамон-и-Кахаль смог свежим взглядом определить, что клетки мозга, или нейроны, безусловно, независимы. Однако потребовались долгие годы исследований, прежде чем ученые поняли, как эти отдельные клетки взаимодействуют друг с другом © Lambert Neuroscience Laboratory, University of Richmond

Эта книга представляла собой записи лекций, прочитанных Тьюком перед Королевской коллегией врачей Эдинбурга, в которых он пытался убедить медицинское сообщество в том, что ключ к разгадке психических заболеваний лежит в понимании внутренней работы мозга. Главным украшением этой книги был прекрасный цветной фронтиспис – раскладывающийся рисунок клеток мозга, или нейронов, изображенных в виде притоков реки. Наверное, для английского книгоиздания это было первое изображение странных крохотных клеточек. Думаю, слушателям лекций и читателям книги труд Тьюка доставил огромное наслаждение, когда они вслушивались и вчитывались в замысловатые детали величественной красоты этой непонятной кашеобразной массы. Более века спустя, держа это великолепное издание в своих руках, я пришла в восторг от этой картинки и довольно быстро убедила себя, что, невзирая на стоимость, книга должна стоять на моей книжной полке.

После того как были описаны характеристики нейронов, возникла необходимость выяснить, как они объединены и расположены в мозге. Задолго до изобретения функциональной магнитно-резонансной томографии, которая позволила получать изображения мозга в высоком разрешении и в реальном времени и сопоставлять специфические функции мозга (например, во время прослушивания музыкальных произведений или решения математических задач) с определенными его областями, в самом начале XIX века один из моих любимых пионеров в исследовании мозга Франц Йозеф Галль уже начал картографировать функциональные зоны мозга человека. Галль был так увлечен изучением, что не замечал, как его исследование тормозится отсутствием оборудования для создания изображений. Казалось, что пусть и ограниченных, но уже накопленных им знаний и безграничного воображения достаточно для осуществления этой задачи. Он предположил, что размер скоплений клеток на выпуклостях коры головного мозга прямо пропорционален способностям человека. Он имел в виду не те «вздутия», о которых мы говорили во введении, а те неровности и выпуклости, что «украшают» череп каждого человека. Например, у людей с хорошо развитым чувством времени такая выпуклость якобы гораздо больше, чем у тех, кто постоянно опаздывает. После того как Галль стал сотрудничать с коллегой, обладавшим предпринимательской жилкой, Йоганном Шпурцхаймом, его идеи оформились в целое направление, получившее название «френология». В США даже появились эксперты, которые перед приемом на работу оценивали потенциальных кандидатов по схемам Галля[58]58
  Finger S. Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries. N. Y.: Oxford University Press, 2000.


[Закрыть]. В итоге отсутствие доказательств (то есть настоящих выпуклостей мозга) остановило распространение френологии, но стремление узнать о специфических областях мозга и связанных с ними функциях как можно больше осталось.

Сегодня мы с помощью больших сканеров можем отследить активность мозга человека при разных видах деятельности. Благодаря сканерам, основанным на технологии функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), мы получаем прекрасные цветные изображения самых активных участков мозга во время выполнения человеком специфических задач. Тщательное изучение снимков человеческого мозга и качественные лабораторные исследования подопытных животных дают ценную информацию о функционировании отдельных областей мозга. Хотя у ученых до сих пор больше вопросов, чем ответов, они уже смогли точно определить, какие участки мозга отвечают[59]59
  Для осуществления каждого вида деятельности необходима совместная работа многих областей мозга и выделение одной отдельной области как отвечающей за конкретную функцию, это значительное упрощение. Наиболее верно считать такую область участвующей в реализации конкретной функции или организовывающей ее совместно с другими структурами мозга.


[Закрыть] за сон, осторожность, страх, зрение, слух, голод, движение и речь. С точки зрения эволюционного развития природа сохранила один шаблон для производственного отдела мозга. Например, у крыс, моих основных подопытных, основные области в мозге расположены так же, как у человека, хотя между нами имеются уникальные различия. Но об этом мы поговорим позже. Помимо изображений, полученных с помощью МРТ, технический прогресс добавил в арсенал нейробиологии еще несколько замечательных методов, подобных диффузионной спектральной томографии, которая позволяет проследить связи между участками мозга. Эти связи иногда называют «белым веществом», потому что клеточный материал окрашен в жемчужно-белый цвет. Еще один метод, CLARITY («ясность»), разработанный Карлом Диссеротом из Стэнфордского университета, позволяет удалить из ткани липиды, сделав мозг настолько прозрачным, что окрашенные области становятся видны целиком[60]60
  Основное достоинство этой группы методов – отсутствие необходимости изготовления тонких срезов, что позволяет увидеть не отдельные клетки, а достаточно крупный, до сантиметра, блок ткани со всеми помеченными клетками. Более подробно о методе: http://clarityresourcecenter.org.


[Закрыть][61]61
  Alexander A. L., Lee J. E., Lazar M., Field A. S. Diffusion tensor imaging of the brain // Neurotherapeutics. 2007. Vol. 4. P. 316–329; Zimmer C. Secrets of the Brain // National Geographic. 2014. February. P. 28–57.


[Закрыть]. По мнению Гарвардского нейробиолога Джеффа Лихтмана, который для реконструкции нейронов использует 3D-моделирование[62]62
  В данном случае с использованием электронной микроскопии.


[Закрыть], сложность новых методов построения изображений состоит в том, что они производят огромное количество данных. Чтобы проиллюстрировать цифры наглядно, можно привести его работу по составлению карты нейронных связей мозга мыши. Работая с тонким срезом мозговой ткани размером с крупинку соли, исследователь получил сотню терабайт информации. Для сравнения: сотня терабайт – это примерно 25 000 кинофильмов в высоком разрешении[63]63
  Zimmer C. Secrets of the Brain. P. 28–57.


[Закрыть]. Учитывая, что такой массивный объем данных был получен после анализа небольшого фрагмента ткани мозга мыши, только представьте, сколько информации будет получено после анализа целого мозга мыши, или, да помогут нам небеса, человеческого мозга, который в 3000 раз больше мышиного!

Подобные исследования, конечно, очень увлекательны, но мы по-прежнему находимся далеко от того, чтобы считать их значимым терапевтическим подспорьем для поддержания мозга в здоровом состоянии. Я уже упоминала, что мощный взрыв в нейробиологических исследованиях в прошлом веке позволил ученым локализовать зоны мозга, отвечающие за отдельные функции. Например, рассмотрим простые категории. Гиппокамп, что в переводе с латинского языка означает «морской конек», отвечает за обучение и память; миндалевидное тело – за страх; таламус – своего рода ретрансляционная станция, которая задействована во многих основных функциях мозга; кора поясной извилины участвует в реакциях, вовлекающих эмоциональные и когнитивные компоненты, а префронтальная кора отвечает за исполнительные функции.

Рис. 5. Строительные блоки мозга: нейронная локализация, организация и интеграция. По мере того как поведение усложняется, например в игре, многие области мозга начинают работать сообща, задействуя одновременно сенсорную систему, движение, эмоции и принятие решений и выдавая соответствующую реакцию. Гиппокамп, миндалевидное тело и кора поясной извилины нередко рассматриваются как часть эмоциональной (или лимбической) системы, префронтальная кора участвует в принятии самых сложных решений, а за сенсорную информацию и моторику отвечает таламус. Два полушария человеческого мозга расположились на верхушке одного мозгового ствола; эти полушария соединяет мозолистое тело. Рисунок Билла Нельсона (Bill Nelson)

На рис. 5 показано, что в здоровом развивающемся мозге все зоны работают сообща, продуцируя сложные реакции, например при игре с кубиками. Но не стоит думать, что эти участки мозга – независимые агенты, наделенные строго определенными функциями. Я хочу еще раз подчеркнуть, что совместная работа всех областей мозга, по всей вероятности, еще более важна для его оптимальной работы. Брайан Баррел в своей увлекательной книге «Открытки из Музея мозга» (Postcards from the Brain Museum) задается вопросом: что конкретно подразумевается под локализацией, когда речь заходит о локализации функций? Даже с самыми подробными снимками и технологически продвинутыми методами многие термины, использующиеся для описания мозга, все еще остаются очень расплывчатыми[64]64
  Burrell B. Postcards from the Brain Museum. N. Y.: Broadway Books, 2004.


[Закрыть].

В поисках «кнопки включения»: мозговые разряды и ликвидные активы

Во второй половине XVIII века итальянский физик и физиолог Луиджи Гальвани в ходе одного опыта обнаружил «выключатель» мозга. Он пропустил электрический разряд через отрезанную лапку лягушки, и ее мышцы начали сокращаться, напоминая странный танец. Тогда Гальвани заявил, что разряд активировал естественное электричество, которое обычно существует в теле и проходит по нервам – замкнутым притокам мозга[65]65
  Finger S. Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries; Piccolino M. Luigi Galvani and animal electricity: two centuries after the foundation of electrophysiology // Trends in Neuroscience. 1997. Vol. 20. P. 443–447.


[Закрыть]. Соответственно, родилась мысль, что нервная система человека напоминает электрические провода, а мозг – это батарейка.

Безусловно, опыты с лягушками были увлекательными, но как обстояли дела с мозгом и нервами человека? Неужели электрические разряды активировали и наше поведение? Прошло немного времени, и Гальвани решил попробовать с помощью электричества «оживлять» покойников. Для выполнения этого трюка племянник Гальвани, Джованни Альдини, собирал у гильотины только что отрубленные человеческие головы и пропускал через них электрический ток, под действием которого головы начинали «гримасничать» – открывать и закрывать глаза[66]66
  Finger S. Minds Behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries.


[Закрыть]. Позднее, признав вклад Гальвани в понимание электрической природы нервов, научный мир ввел термин гальванизм. Вскоре все европейское научное сообщество погрязло в бесконечных спорах о роли электричества в поведенческих реакциях человека и возможности с помощью электрического разряда оживлять покойников.