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

Этот путь развития медицины вдохновил английского поэта лорда Байрона, а также писателей Перси и Мэри Шелли. Они сравнили явление гальванизма с греческим мифологическим героем Прометеем, чье смелое противостояние богам привело к трагическим последствиям. Вдохновленная открытием, Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн, или Современный Прометей», который был опубликован в 1818 году. В предисловии она написала, что на создание романа повлияли ее беседы о философии, природе жизни и гальванизме. Главный герой Виктор Франкенштейн так рассказывал о том, как впервые ожило созданное им существо:

Однажды ненастной ноябрьской ночью я узрел завершение моих трудов. С мучительным волнением я собрал все необходимое, чтобы зажечь жизнь в бесчувственном создании, лежавшем у моих ног. Был час пополуночи; дождь уныло стучал в оконное стекло; свеча почти догорела; и вот при ее неверном свете я увидел, как открылись тусклые желтью глаза; существо начало дышать и судорожно подергиваться[67]67
  Цит. по: Шелли М. Франкенштейн, или Современный Прометей / Пер. З. Александровой. СПб.: Азбука-классика, 2004.


[Закрыть][68]68
  Shelley M. Frankenstein. London: Henry Colburn and Richard Bentley, 1831. P. 57.


[Закрыть].

Итак, первая и, пожалуй, самая выдающаяся история о Франкенштейне родилась в умах пытливых ученых, задавшихся вопросом, какая именно сила побуждает мозг работать. История о том, как интерес к работе нейронных функций породил жанр готического романа, показывает, насколько далеко мы продвинулись в изучении «нейронных функций». Когда Мэри Шелли писала «Франкенштейна», художественные произведения и научные труды, в общем-то, несильно отличались друг от друга. Сегодня, несмотря на то что многие вопросы остаются без ответа, ученые постепенно раскрывают секретный язык нервной системы. Для тех, кто продолжил заниматься этой дисциплиной, прогресс преуменьшил мистицизм контролирующих сил организма. Однако шаги в этой области делались медленно, к тому же порой путешествие прерывалось из-за отвлекающих моментов.

В первой половине XX века немецкий физиолог Отто Лёви продолжил раскрывать тайны мозга, развивая тему лягушек. Он подхватил исследования, начатые английским ученым Генри Дейлом, который считал, что за прекрасно отлаженными функциями мозга стоит нечто большее, чем просто электрический разряд[69]69
  Valenstein E. S. The War of the Soups and the Sparks. N. Y.: Columbia University Press, 2005.


[Закрыть]. Работая в фармакологии, Дейл начал изучать воздействие химических веществ на нервную систему. Он выяснил, что химическое вещество ацетилхолин, которое раньше ассоциировалось только с растениями, воздействует на нервную систему особым образом. Правда, его интерес был обращен к нервной системе за пределами мозга. Головной и спинной мозг часто объединяются в центральную нервную систему, а ответвления нервной системы в форме нервов составляют периферическую нервную систему[70]70
  Fishman M. C. Sir Henry Hallett Dale and the acetylcholine story // Yale Journal of Biology and Medicine. 1972. Vol. 45. P. 104–118.


[Закрыть]. Друг Дейла, немецкий физиолог Отто Лёви подтвердил его подозрения: именно химические вещества, а не электрические разряды отвечают за работу отдельных функций нервной системы. Интересно, что в этих исследованиях немаловажную роль сыграл сон.

Лёви рассказывал, что увидел во сне, насколько важно это химическое вещество для нервной системы животных, но, проснувшись, никак не мог вспомнить деталей. Через некоторое время ему вновь приснился тот же сон, и поутру он поспешил в лабораторию, чтобы на сей раз все зафиксировать. Погрузив сердца двух лягушек в физиологический раствор, Лёви начал стимулировать у одной из них блуждающий нерв, после чего сердечный ритм замедлился. Тогда ученый путем инъекции ввел некоторое количество проходящей через первое сердце жидкости во второе сердце, и вуаля! – второе сердце тоже замедлило ритм. Это означало, что именно химические вещества, которые выделились в первом сердце в протекающую через него жидкость, повлияли на изменение ритма. В то время Лёви назвал это вещество «вагус-веществом», или «вагус-субстанцией», поскольку ему казалось, что оно больше относилось к блуждающему нерву, идущему от мозга к брюшной полости. Но дальнейшие исследования позволили сделать вывод, что именно ацетилхолин воздействует на периферическую нервную систему, о чем в свое время выдвинул гипотезу Дейл. Похоже, что растения и животные имеют общие химические корни.

Хотя на нервные клетки действительно оказывается небольшая электрическая стимуляция, мы выяснили, что в основном коммуникация осуществляется за счет выделения определенных химических веществ. В то время было известно одно такое вещество – адреналин, активирующий сердцебиение и другие функции, связанные с периферической, или симпатической, нервной системой, которая включается в случае угрозы или иной важной ситуации. Вагус-вещество, или ацетилхолин, в случае угрозы успокаивающе действует на парасимпатическую нервную систему. В 1936 году Дейл и Лёви за свою работу, осуществившую сдвиг парадигмы от электрических разрядов к химическим веществам, получили Нобелевскую премию[71]71
  Tansey E. M. Henry Dale and the discovery of acetylcholine // C. R. Biologies. 2006. Vol. 329. P. 419–425.


[Закрыть]. Сегодня обнаружено около ста химических веществ (известных как нейромедиаторы), имеющих специальные нейронные функции. В этой книге я не могу рассказать обо всех нейромедиаторах, но мы обязательно обсудим самые известные из них. Уверена, вам они знакомы из рекламы фармацевтических компаний. Я говорю о наших старых друзьях – серотонине, дофамине и окситоцине.

Визуализация нейронов и информация о важности связанных с ними химических веществ позволили исследователям приблизиться к определению того, что именно побуждает работать человеческий мозг. Ответ возвращал в те времена, когда речь шла об электрическом разряде, но во время Первой мировой войны появилась технология усиления беспроводных сигналов, и позже этот метод был использован в нейрофизиологии. Английский нейрофизиолог Эдгар Эдриан применил эту технологию, исследуя тончайшие нейронные нити, или аксоны, которые берут начало в теле клетки, и выяснил, что между наружной и внутренней поверхностью нейрона существует разность напряжений. Крошечный микроэлектрод был помещен снаружи клеточной мембраны, полученные данные сравнили с показаниями напряжения внутренней части мембраны. Внутренний отрицательный заряд был примерно на 70 милливольт больше. Это наблюдение позднее назвали мембранным потенциалом покоя, и его открытие позволило предположить, что даже в состоянии полного покоя нервная система находится в небольшом возбуждении и готова к действию. Но по мере распознавания нейронами поступающей информации происходит сдвиг электрически заряженных ионов, что меняет потенциал мембраны. Чтобы выявить эти изменения, английские физиологи Ходжкин и Хаксли исследовали нейрон гигантского кальмара и обнаружили, что для зарождения нейронного импульса необходимо, чтобы положительно заряженные ионы натрия и калия прошли сквозь мембрану – это движение стало первым шагом в нейронной коммуникации. Вторым важным шагом стало открытие ранее описанных нейрохимических веществ[72]72
  Ochs S. A History of Nerve Functions: From Animal Spirits to Molecular Mechanisms. N. Y.: Cambridge University Press, 2004.


[Закрыть]. Если входящее сообщение из внешней среды или из доли мозга настолько сильное, что способно переместить ионы к заранее определенному порогу, то импульс электрической активации проходит по всей протяженности нейрона[73]73
  Строго говоря, электрически возбудимым является только небольшой участок тела нейрона – аксонный холмик и сам аксон.


[Закрыть], прежде чем достигнуть конечного назначения в конце аксона. Пройдя по аксону, активация стимулирует выделение нейрохимических клеточных веществ, которые, просачиваясь сквозь крошечные промежутки, или синапсы, активируют следующий нейрон.

Вы следите за моей мыслью? Очевидно, наше страстное желание заглянуть в черепную коробку стало палкой о двух концах. Ведь с каждым новым открытием в этом одновременно и захватывающем, и страшном путешествии мы все дальше и дальше удаляемся от четкого понимания работы мозга. Впрочем, несмотря ни на что, исследователи раскрыли некоторые из трюков мозга, которые позволяли ему адаптироваться к изменяющимся условиям окружающего мира. Один из самых впечатляющих нейронных подвигов мы обсудим в следующем разделе.

Подарок, который всегда с тобой: нейрогенез

Хотя много сил было вложено в определение количества нейронов в мозге, одним из наиболее интересных аспектов строения этой структуры могут оказаться те нейроны, которые пока не существуют. В ранний период нейронаучных исследований считалось, что человек рождается с определенным количеством нейронов и этот набор клеток сохраняется в течение всей его жизни. Однако в 1960-х годах ученые обнаружили, что разные области мозга, или нейрогенные зоны, продолжают производить новые нейроны[74]74
  Gould E., Gross C. G. Neurogenesis in adult mammals: Some progress and Problems // Journal of Neuroscience. 2002. Vol. 22. P. 619–623.


[Закрыть]. Результаты недавних исследований позволяют предположить, что нейрогенез наиболее активно протекает в детстве, но для точного понимания его интенсивности на протяжении всей жизни необходимы дальнейшие исследования[75]75
  Sorrells S. et al. Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults // Nature. 2018. doi:10.1038/nature25975.


[Закрыть]. Мы все еще пытаемся понять функцию этих новых нейронов, но, скорее всего, она связана с нашей способностью приспосабливаться к изменениям внешней среды. Эту мысль подкрепляют данные исследований, согласно которым нейрогенез ускоряется, когда животных помещают в комплексную среду со множеством стимулов[76]76
  Kempermann G., Kuhn H. G., Gage F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment // Nature. 1997. Vol. 386. P. 493–495.


[Закрыть].

По мнению немецкого нейробиолога Герда Кемперманна, ключ к самому проницательному и точно настроенному мозгу хранится в нейрогенезисных стратегиях животных. Одна из зон, производящих нейроны, – это гиппокамп, который расположен прямо под внешней корой головного мозга. Гиппокамп известен своей ролью в организации обучения и памяти[77]77
  По современным представлениям, гиппокамп участвует в организации одного из видов памяти, а именно декларативной, или автобиографической.


[Закрыть]. Кемперманн отмечает, что один из компонентов этой структуры – зубчатая извилина – довольно поздно оказался на эволюционной сцене. Гиппокамп или подобные ему области можно обнаружить у разных животных, включая рыб, рептилий и птиц, но позже развившаяся зубчатая извилина, по всей вероятности, дает млекопитающим безусловное преимущество в борьбе за выживание, поскольку оценивает новые и значимые события, происходящие в окружающей среде. Если вы инвестируете в фондовый рынок, то вряд ли станете принимать во внимание исключительно прибыли прошлого года, скорее вы начнете искать информацию о текущем состоянии рынка и учтете все преобладающие тенденции и факторы, которые в настоящее время влияют на доходность. То есть, если вы не хотите вкладываться в еще один финансовый пузырь, который лопнет прежде, чем успеет окупиться, важная текущая информация должна быть интегрирована в исторический анализ поведения акций. Хорошо налаженный нейрогенез в зубчатой извилине, вероятно, обеспечивает эту дополнительную услугу, столь необходимую для выживания. Нейрогенез в зубчатой извилине можно представить в виде брокерской фирмы, которая проверяет окружающую обстановку, чтобы определить, нужны ли новые нейроны и связи для обработки меняющихся условий. Кемперманн называет такое направление для инвестирования нейронной энергии, основанной на текущих контекстуальных требованиях, «когнитивной гибкостью». Хотя некоторые виды муравьев прекрасно ориентируются в безжизненной пустыне, они совершенно потеряются, если переселить их в густой лес. Млекопитающие, обладающие зубчатой извилиной, способны включить новую информацию в навигационную систему и пережить столь кардинальную перемену[78]78
  Kempermann G. New neurons for ‘survival of the fittest’ // Nature Reviews Neuroscience. 2012. Vol. 13. P. 727–736.


[Закрыть]. Способность менять нейронные и поведенческие реакции при изменении окружающей обстановки обозначается как пластичность. Эта когнитивная гибкость представляется одной из самых сложных поведенческих реакций, запрограммированных мозгом млекопитающих, в особенности мозгом человека.

Разумеется, существует шаткое равновесие между способностью наших нейронных цепей сохранять стабильность и в то же время модифицировать существующие цепи при изменении окружающей обстановки. Фиксированное поведенческое программирование муравья очень сильно уменьшает его способность быть гибким. Если прошлый опыт не транслируется в стабильные нейронные сети, животное будет постоянно изобретать колесо. Это положение ученые называют дилеммой стабильности-пластичности, которая столь же значима для выживания бизнеса, как и для выживания животных. Кемперманн утверждает: «Слишком стабильные сети не могут приобретать что-то новое, а слишком гибкие сети не могут запоминать, поскольку они не в состоянии сохранять информацию продолжительное время»[79]79
  Kempermann G. New neurons for ‘survival of the fittest’. P. 729.


[Закрыть]. Интересно, что размер гиппокампа современного человека примерно в четыре раза больше, чем у ранних предков-приматов, хотя размер тела последних увеличился. Кроме дарованного гиппокампа, позволяющего людям приспособиться к любой среде обитания на планете, у мозга имеются и другие уникальные характеристики.

Скрытые сокровища мозга

За годы работы я пришла к выводу, что для оценки уникальности человеческого мозга полезна любая информация о мозге млекопитающих[80]80
  Sherwood C. C., Bauernfeind A. L., Bianchi S., Raghanti M. A., Hof P. R. Human brain evolution writ large and small // Progress in Brain Research. 2012. Vol. 195. P. 237–254.


[Закрыть]. Действительно, на многих уровнях мозг человека поразительно похож на мозг других животных. Хотя уже указывалось, что при некоторых ограничениях, например отсутствии языкового центра в мозге у крыс, человеческий мозг располагает такими же базовыми структурами и нейрохимическими веществами, как и другие виды млекопитающих, более того, наблюдается значительное сходство с рыбами, рептилиями и птицами. Если составить простую опись имеющихся в мозге структур и химических веществ, то легко увидеть, что человеческий мозг ничего особенного собой не представляет. Но эти структуры почему-то организованы так, что вносят качественные различия в выдаваемый нами поведенческий продукт. Другие виды животных тоже развили весьма изощренные формы коммуникации, но человек – уникальный вид, создавший такие формы коммуникации, как поэзия или компьютерные программы. Насколько мне известно, мы – единственный биологический вид, который размышляет над функциями собственного мозга и разума, строит планы для будущих поколений и тратит силы на создание абсолютно ненужных для выживания вещей, например абстрактное искусство. И наблюдение, которое оценили мои коллеги и университетские профессора: человек – единственное животное, посвящающее значительное количество времени и сил получению различных задокументированных «академических степеней», которые, возможно, и улучшат нашу эволюционную пригодность, а возможно – и нет. В ряду млекопитающих мы относим себя к приматам (от лат. primatus, букв. «первое место»), а значит, подразумеваем, что представляем собой нечто особенное[81]81
  Herculano-Houzel S. The remarkable, yet not extraordinary, human brain as a scaled-up primate brain and its associated cost // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012. Vol. 109. P. 10661–10668.


[Закрыть].

Так как же эти «когнитивные богатства» проявляются в мозге высших приматов? Как мы добрались до «первого ряда»? Напрашивается очевидный ответ: у нас большой размер мозга – чуть больше килограмма нейронной ткани, окруженной нейронными связями. Но этот факт не может быть решающим, потому что в животном царстве у человека не самый большой мозг – в этой весовой категории нас легко обходят слоны, дельфины и киты. Хотя эти виды заслуживают уважения за свои когнитивные способности, человек прекрасно понимает, что его способности превосходят способности тех, кто имеет больший мозг.

А что насчет относительного размера мозга? У слонов, дельфинов и китов крупные туловища, и если вес мозга рассматривать в процентном отношении к весу тела, то на каком месте будет человеческий мозг? У людей соотношение мозг/тело составляет 1,86 %, у дельфинов – 1,5 %, а у шимпанзе – 0,88 %. У попугая, которого считают самой смышленой птицей, это соотношение составляет 1,72 %, что довольно близко к показателям человека, но это птицы, и не стоит сравнивать их мозг с мозгом млекопитающих. Когда речь заходит о цифрах, не возносит ли человека на пьедестал списка млекопитающих относительный размер его мозга и не может ли им объясняться наше когнитивное богатство? Из предыдущих глав мы знаем, что есть одно крохотное млекопитающее, которое обходит человека по этому показателю, ведь у землеройки соотношение мозг/тело составляет целых 10 %[82]82
  Cairo O. External measures of cognition // Frontiers in Human Neuroscience. 2011. Vol. 5. doi.org/10.3389/fnhum.2011.00108.


[Закрыть].

Когда ученые создали новую формулу, известную как отношение массы тела к массе мозга (ОММ), которая учитывала факторы роста и поддержки, влияющие на размер тела, рейтинг стал более привычным. По новой формуле могучая землеройка получила ОММ 2,5, что гораздо ниже человеческого – 6,54. Китовидные дельфины (Lissodelphis borealis) с индексом 5,55 оказались ближе к человеку, а павианы с индексом 2,63, что интересно, ранжировались выше горилл с индексом 1,75 (ниже, чем у землеройки). Возможно, павианы в тот момент просто не успели показать все свои когнитивные способности, так что приматологи смогли их раскрыть. Поскольку эта формула чувствительна к массе тела, падение ОММ у страдающих ожирением людей не отражается на изменении в когнитивных способностях. Приведу в пример Эйнштейна, обладателя колоссальных когнитивных богатств. У него отношение массы тела к массе мозга составляло 5,76, что гораздо ниже показателя среднего человека. Вероятно, этот факт можно объяснить тем, что кора головного мозга великого ученого была тоньше коры обычного человека, даже несмотря на то, что нейроны у него были более плотно упакованы[83]83
  Anderson B., Harvey T. Alterations in cortical thickness and neural density in the frontal cortex of Albert Einstein // Neuroscience Letters. 1996. Vol. 210. P. 161–164.


[Закрыть]. По этим причинам некоторые исследователи предположили, что у приматов абсолютный размер мозга представляет собой лучший прогностический показатель когнитивных способностей (в широком смысле сюда относятся способности к обучению, определение образцов, опознавание концепций, демонстрация гибкости и даже использование инструментов)[84]84
  Deaner R. O., Isler K., Burkart J., Schaik C. Overall brain size, and not encephalization quotient, best predicts cognitive ability across nonhuman primates // Brain, Behavior and Evolution. 2007. Vol. 70. P. 115–124.


[Закрыть].

Безусловно, отношение массы тела к массе мозга заслуживает внимания, но этот фактор, по-видимому, нельзя назвать окончательным показателем когнитивного совершенства. Может быть, важный ключ к утонченным когнитивным способностям дает кора головного мозга с высокой плотностью нейронов? Не может ли это пролить свет на вычисление контингенций и сложное поведение? Один из самых передовых нейробиологов, с которым я имею честь быть знакомой, Сюзана Херкулано-Хузел из Бразилии (в настоящее время она работает в Университете Вандербильта) с энтузиазмом подошла к этому вопросу. Сюзана заинтересовалась плотностью нейронов, когда после окончания университета начала разрабатывать учебную программу по нейробиологии. Во время подготовки материалов она поразилась отсутствию оригинальных ссылок на один из самых базовых параметров человеческого мозга – количество имеющихся в нем нейронов. До недавнего времени в любом уважаемом учебнике по нейробиологии было четко прописано, что человеческий мозг содержит сто миллиардов нейронов. Это симпатичное круглое число никто не подвергал сомнению до тех пор, пока Сюзана не начала собирать свои учебные материалы. Она обратилась к своему наставнику Роберто Ленту из Федерального университета Рио-де-Жанейро с вопросом, откуда появилась такая уверенность в том, что человеческий мозг состоит из ста миллиардов нейронов. Будучи добросовестным исследователем, Сюзана стала искать оригинальное исследование, в котором впервые упоминалось бы это число. Но она так и не смогла его найти: учебники ссылались на предыдущие работы, и казалось, что первоисточника этой информации просто не существует. Создавалось впечатление, что этот так называемый факт, который поддерживали в аудиториях самых престижных академических заведений, было бы правильнее назвать учебным мифом.

Роберто возразил, что это число должно быть правильным, потому что всем известно, что количество нейронов составляет сто миллиардов. Однако он быстро признал, что такой ответ не лучше ответа родителя на очередной настойчивый вопрос ребенка – «Потому что» или «Так случилось». Как ученые Роберто и Сюзана понимали, что этот вопрос далек от окончательного разрешения.

Допустим, имелась серьезная причина, почему никто не сел и не пересчитал все нейроны мозга. Ведь потребовалось бы очень много времени, чтобы пересчитать все сто миллиардов нейронов. Если пересчитывать нейроны со скоростью одной клетки в секунду, то и тогда потребуется почти 32 года (непрерывной работы!) для подсчета только одного миллиарда нейронов. Стало быть, для пересчета всех ста миллиардов понадобится почти 3200 лет. Но, возможно, мы могли бы подсчитать клетки в небольшом репрезентативном образце ткани мозга и затем перенести эти данные на весь его объем. Это хорошая идея, но дело в том, что плотность клеток в разных отделах мозга разная, так что пришлось бы учитывать огромное количество репрезентативных образцов. Наверное, кто-то пытался применять подобную методику, но официально она нигде не обсуждалась, и данные о ее применении не публиковались. Кроме того, не стоит забывать, что глиальных клеток (вспомогательные клетки нервной системы) примерно в десять раз больше, чем нейронов[85]85
  Hilgetag C. C., Barbas H. Are there ten times more glia than neurons in the brain? // Brain Structure and Function. 2009. Vol. 213. P. 365, 366.


[Закрыть]. А значит, годы на подсчет клеток мозга все прибавляются!

Озабоченная идеей включить в учебную программу как можно более точную информацию, Сюзана выдвинула гипотезу, которую сама же признала безумной, но все же предложила ее Роберто. Она решила взять образцы каждого точно определенного отдела мозга – мозгового ствола, коры, гиппокампа – и гомогенизировать их, то есть перемешать, превратив в своеобразный суп. Полученную нейронную смесь затем оставалось только окрасить специальными химическими веществами. Поскольку каждая клетка содержит только одно ядро, метод должен был сработать. Сюзана окрасила только ядра нейронов, а ядра глиальных клеток остались неокрашенными. Она подсчитала количество нейронов в некотором объеме этого мозгового супа, после чего просто экстраполировала полученные данные на вес мозга. И – вуаля! Так ей удалось вычислить количество нейронов и глии в коре мозга, мозжечке, гиппокампе, мозговом стволе и т. д. Для примитивного пересчета клеток мозга потребовались бы тысячи лет, но метод Сюзаны позволил определить их количество всего за несколько дней. А понадобились для этого только пытливый ум ученого и блендер – вот что значит инновация!

Я узнала об этом потрясающем научном достижении на конференции Международного бихевиористического нейробиологического общества, которая проходила в Рио-де-Жанейро. Представлял эту работу Роберто Ленту, а я по ходу доклада с лихорадочной поспешностью конспектировала его выступление, чтобы потом внести полученные данные в учебник, который тогда сама собиралась писать. Изготовление мозговой суспензии на техническом языке называется сухо – изотропное фракционирование. Этот метод позволил выяснить, что человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов и примерно такого же количества глии. Согласитесь, это число несколько отличается от того, что напечатано в учебниках[86]86
  Herculano-Houzel S. The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain // Frontiers in Human Neuroscience. 2009. doi.org/10.3389/neuro.09.031.2009.


[Закрыть]. Человеческий мозг удерживает рекорд по упакованности коры головного мозга нейронами, если сравнивать его с показателями примерно сорока млекопитающих видов. Например, если бы у крысы был мозг размером с человеческий, он состоял бы из всего лишь 12 миллиардов нейронов. Получается, что если бы в крысином мозге имелось такое же количество нейронов, как у человека, то он бы весил колоссальные 35 килограммов, а это в восемь раз превосходит самый большой мозг в мире – мозг синего кита. Это объясняется тем, что, в соответствии с важным нейронным правилом, у грызунов с увеличением размера мозга размер нейронов увеличивается. Но с приматами все обстоит иначе. У них при увеличении размера мозга размер нейронов сохраняется. Кстати, о приматах: если мозг крошечной беличьей обезьянки увеличить до размера мозга человека, то количество нейронов в нем будет сравнимо с количеством этих клеток в мозге человека. Итак, среди приматов, как гласит название статьи Сюзаны, человек имеет значительный, но не экстраординарный мозг. Интересным исключением из приматов становятся большие человекообразные обезьяны. Горилла весит гораздо больше, чем средний человек, но ее мозг весит всего лишь 450 граммов и содержит скромные 33 миллиарда нейронов[87]87
  Herculano-Houzel S. Brains matter, bodies maybe not: the case for examining neuron numbers irrespective of body size // Annals of the N. Y. Academy of Sciences. 2009. Vol. 1225. P. 191–199.


[Закрыть]. Учитывая, что мозг человека использует примерно 20 % всей потребляемой человеком энергии, большие обезьяны, по всей вероятности, в основном направляют свою энергию на поддержание физической формы и обеспечение биологических функций.

Если бы у этих животных мозг был размером с человеческий, они бы наверняка испытывали трудности с обеспечением организма достаточным количеством энергии. Антропологи много рассуждали, как человеку удается поддерживать деятельность такого большого мозга и почему другие приматы не могут этого делать. Гарвардский антрополог Ричард Рангхэм предположил, что к увеличению мозга человека привело, вероятно, приручение огня. Использование огня позволило смягчить мясо и жесткую растительную пищу, а значит, на питание первобытные люди стали тратить меньше энергии, что, в свою очередь, позволило питать энергией внушительный мозг[88]88
  Wrangham R. Catching Fire: How Cooking Made Us Human. N. Y.: Basic Books, 2009.


[Закрыть]. Насколько мне известно, человек – единственное млекопитающее, готовящее себе еду[89]89
  В качестве немногочисленных примеров можно привести использование соленой воды для мытья и подсаливания сладкого картофеля одной семьей японских макак и размачивание твердой еды воронами. Человек – единственный вид, использующий для приготовления еды огонь.


[Закрыть]. Это умение, вероятно, привело к уменьшению размера зубов и желудка, поэтому на пережевывание и переваривание пищи люди стали тратить меньше энергии. Отпала необходимость подолгу разжевывать жесткую растительную пищу и жилистое мясо, появилась возможность совершенствовать речь, а это, в свою очередь, способствовало быстрому развитию мозга. Таким образом, сократив потребности желудка, наши далекие предки улучшили свои нейрокогнитивные способности.

После конференции в Рио я связалась с Роберто Ленту и задала ему несколько вопросов относительно некоторых исследовательских идей. Роберто познакомил меня с Сюзаной, и с тех пор мы с ней сотрудничаем. Она помогает мне в изучении одного специфического млекопитающего, которое с детства привлекало мое внимание; этот интерес сохранился до сих пор и даже перерос в профессиональную одержимость. Это североамериканский енот, известный своим умом, любопытством и озорством – когнитивными и поведенческими богатствами, которые я никак не могла поймать у своих подопытных грызунов. Как и первые колонисты, еноты мигрировали в Северную Америку и там размножились; более того, они плодились везде, где оказывались, – от Германии до Японии, порой немало беспокоя местных жителей. Мои исследования грызунов показывают, как важно уметь управлять контингенциями окружающей среды посредством экспериментальных воздействий. Крысы мастерски умеют пользоваться своими лапками, чтобы менять окружающую обстановку, еноты своими удивительными передними лапами совершают потрясающе ловкие трюки, особенно когда животные делают это сообща. Вероятно, это возможно потому, что за движение лап у енотов отвечает тот же участок на внешней коре головного мозга, что и у человека. Я всегда считала, что еноты могут помочь раскрыть секрет того, как животные, приспосабливаясь и выстраивая цепи вероятностей, взаимодействуют с окружающей средой. Я расписала Сюзане, насколько важно и интересно заглянуть в мозг енотов, и она тоже загорелась. Пока наша работа лишь сильнее укрепляет меня в том, что мозг енотов нужно исследовать. Из всех млекопитающих, мозг которых проиндексировала Сюзана, индекс енотов оказался ближе всего к приматам. Данные, которыми мы располагаем сегодня, демонстрируют, что мозг енота вполне сопоставим с мозгом совиной обезьянки. Если увеличить мозг енота до размеров мозга человека, в нем окажется такое же количество нейронов. Теперь вы понимаете, почему еноты зачастую способны перехитрить человека, особенно если дело касается того, чтобы пробраться в кладовку с припасами или в контейнер с пищевыми отходами. Теоретически, в нейронном масштабе, мы действительно похожи на енотов[90]90
  Jardin-Messedu D., Lambert K. et al. Dogs have the most neurons, though not the largest brain: trade-off between body mass and number of neurons in the cerebral cortex of large carnivoran species // Frontiers in Neuroanatomy. 2017. December 12. doi.org/10.3389/fnana.2017.00118.


[Закрыть].

В настоящее время мы полагаем, что в сравнении с другими плотоядными животными плотность нейронов в коре больших полушарий мозга енотов выше, чем у золотистого ретривера или льва, хотя, конечно, необходимы дальнейшие исследования. Я привожу эти предварительные данные не только потому, что еноты – моя любимая тема. Я хочу показать, что виды, развившие эволюционные адаптации для манипулирования окружающей средой и создающие свои реестры контингенций, получают преимущество в игре на выживание. Но даже в этих условиях мозг енота уступает нейронным богатствам человеческого мозга. Склонность енотов менять окружающую среду порой доставляет им неприятности и даже доводит до беды. Еноты живут так, словно у них отсутствуют контингентные фильтры, предупреждающие об опасностях; похоже, они настоящие оптимисты и никогда не думают о негативных вариантах. Возможно, именно поэтому еноты в дикой природе часто гибнут, не прожив и трех лет, хотя, будь они поосторожней, легко могли бы дожить и до двадцати. Значит, можно сделать вывод: когда мы решаем взаимодействовать с окружающей средой, важно помнить о педали акселератора в мозге и о тормозах. Пример рискованного поведения енотов говорит о том, что однонаправленные контингенции неадекватны. Мы должны принимать в расчет все потенциальные результаты, как риск, так и выгоду. Мозговые механизмы, усиливающие цепи контингенций, мы рассмотрим в следующей главе.

Вернемся к человеку. Помимо плотности нейронов рассматривались и другие переменные, которые могут влиять на производительность нашего замечательного мозга. Большое внимание уделялось внешней поверхности коры больших полушарий, наиболее молодой из эволюционировавших областей. Хотя меня учили, что большинство нейронов сконцентрировано именно в этой области мозга, теперь известно (благодаря бразильской команде, придумавшей метод изотропического фракционирования), что самая ценная недвижимость мозга – это мозжечок – область, задействованная в координации движений (и других функциях). Сегодня мы знаем, что в знаменитой коре головного мозга человека располагается примерно 19 % нейронов, в то время как колоссальные 79 % находятся в мозжечке, а оставшееся небольшое число нейронов разбросано по другим областям[91]91
  Herculano-Houzel S. The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain.


[Закрыть]. Сходные пропорциональные различия можно наблюдать и у грызунов. По-видимому, мозг вложил такую массу нейронной энергии в этот отдел, чтобы мы могли эффективно и безопасно передвигаться в окружающей среде. Эффективные маневры, разумеется, – продукт как мозжечка (координированное движение), так и коры головного мозга (расчет контингенций и принятие решений), – факт, который усиливается нейронным распределением образцов.

Размер коры головного мозга человека в сравнении с другими млекопитающими ничем не примечателен; мы не выделяемся ни абсолютным размером, ни количеством извилин в коре. Мы отличаемся лишь небольшим превосходством в процентном соотношении коры и общей массы мозга. Кора человеческого мозга занимает 75 % массы мозга, у шимпанзе этот показатель составляет 71–73 %, а у лошадей 74 %[92]92
  Herculano-Houzel S. Brains matter, bodies maybe not: the case for examining neuron numbers irrespective of body size.


[Закрыть]. А вот более специфический участок мозга, известный как префронтальная кора, у людей выделяется, занимая 29 % массы мозга, в то время как у шимпанзе и макак-резусов эти цифры составляют соответственно 17 и 12 %. Причина такого крупного размера человеческой префронтальной коры, по-видимому, заключается в большем скоплении в этой области белого вещества и нейронов[93]93
  Ribeiro P. F. M., Ventura-Antunes L., Gabi M. et al. The human cerebral cortex is neither one nor many: Neuronal distribution reveals two quantitatively different zones in the gray matter, three in the white matter, and explains local variations in cortical folding // Frontiers in Neuroanatomy. 2013. doi.org/10.3389/fnane.2013.0028.


[Закрыть].

Область, известная как островок Рейля[94]94
  В отечественной литературе эта область чаще известна под названием островковая доля (лат. lobus insularis), или просто островок (лат. Insula). Представляет собой часть коры головного мозга, которая не видна с поверхности у взрослого человека, так как находится в глубине латеральной борозды и закрыта лобной, височной и теменной долями.


[Закрыть], не так давно привлекла внимание ученых своими разнообразными функциями, включая эмоциональное самосознание, самоузнавание, сопереживание и принятие решений. Чтобы выполнять все эти функции, данный участок мозга взаимодействует с множеством других областей, отслеживая входящие ощущения, выходящие реакции и все промежуточные процессы. Этот островок определенно претендует на лидерство в принятии млекопитающими оптимальных решений и реализации последующих реакций в меняющихся условиях окружающей среды – задач, решение которых необходимо для эффективных расчетов контингенций. Недавнее исследование позволяет предположить, что определенные компоненты островковой доли у человека превосходят таковые у ближайших живых родственников – шимпанзе[95]95
  Bauernfeind A. L., de Sousa A. A., Avasthi T. et al. A volumetric comparison of the insular cortex and its subregions in primates // Journal of Human Evolution. 2013. Vol. 64. P. 263–279.


[Закрыть].