Текст книги "Ваш мозг. Что нейронаука знает о мозге и его причудах"

Марк Дингман
Ваш мозг: что нейронаука знает о мозге и его причудах

Каю и Фии, моим юным ученым

Marc Dingman

YOUR BRAIN, EXPLAINED.

What Neuroscience Reveals About Your Brain and Its Quirks

Copyright © Marc Dingman 2019

Иллюстрация и шрифт на первой сторонке обложки – Петров П. Е.

Ваш мозг: что нейронаука знает о мозге и его причудах / Марк Дингман; [перевод с английского А. Д. Сайфуллиной]. – Москва: Эксмо, 2020

© Сайфуллина А.Д., перевод на русский язык, 2020

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2020

Отзывы о книге

ТАЙНЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА

«Эта книга – превосходный повод в непринужденной манере познакомиться со сложностями и чудесами работы мозга; она понравится каждому, кто интересуется наукой, медициной и природой человека. „Тайны головного мозга“ похожи на сборник детективных рассказов: классические примеры из истории нейробиологии сочетаются с изысканиями, добытыми благодаря новейшим технологиям».

Стэнли Фингер, доктор наук, заслуженный профессор психологии и нейробиологии, Вашингтонский университет (Сент-Луис), автор книг «Origins of Neuroscience», «Minds behind the Brain» и «Franz Joseph Gall: Naturalist of the Mind, Visionary of the Brain»

«Содержательная, доступная и увлекательная книга для тех, кто хотя бы отчасти заинтересован в нейробиологии, но не знает, с чего начать свой путь».

Дин Бернетт, доктор наук, автор книг «Счастливый мозг» и «Идиотский бесценный мозг»

«Книга доходчиво раскрывает самую непостижимую, но в то же время близкую нам тему. Дингман смешивает классические исследования с современными в удобоваримых пропорциях, представляя вниманию читателей азы такой стремительно развивающейся науки, как нейробиология».

Мохеб Костанди, автор книг «Нейропластичность» и «Пятьдесят идей, о которых нужно знать. Мозг человека»

«…Чрезвычайно увлекательное и доходчивое представление работы мозга и современных веяний в нейробиологии. Чудесный повод познакомиться с этой наукой».

Фрэнк Амтор, доктор наук, профессор психологии, Университет штата Алабама (Бирмингем), автор книги «Нейробиология для чайников»

«Эта книга одновременно и увлекательна, и поучительна. Благодаря ей я узнал многое – и вас ждет то же самое!»

Джон Доулинг, доктор наук, профессор нейробиологии, спонсируемый фондом Гордона и Ллуры Банд, Гарвардский университет, автор книги «Understanding the Brain: From Cells to Behavior to Cognition»

Благодарности

Любая здоровая умственная деятельность (написание этих слов или их чтение) зависит от работы целого набора областей мозга. Если хотя бы одна из них подведет, последствия будут ужасны: мозгу не удастся выполнить свою задачу. То же можно сказать и о создании этой книги. Многие внесли свой вклад в ее написание, напрямую или косвенно. Без этих людей книга, возможно, никогда не добралась бы до этапа публикации. А даже если бы и добралась, то ее качество недотягивало бы до уровня этой версии.

Сотрудники издательства Nicholas Brealey Publishing, очевидно, сочли своим долгом воплотить мой замысел в жизнь любой ценой. Благодарю Элисон Хэнки за то, что разглядела потенциал в самых ранних версиях моей рукописи; Мишель Морган – за то, что помогала мне на пути публикации от начала и до конца; Бретт Халблейб – за полезные редакторские замечания. А также всех остальных сотрудников издательства, чьих имен я не знаю, за добросовестный труд, позволивший опубликовать эту книгу.

Кроме того, я хотел бы сказать спасибо своему агенту, Линде Коннер. Ей первой удалось убедить меня, что эта книга может быть кому-то интересна.

Выражаю особенную благодарность Тому Гоулду – за время, которое он уделил прочтению моей рукописи и факт-чекингу; его меткие замечания во многом улучшили книгу. Также я благодарен тем, кто читал эту книгу по разделам и высказывал критику и похвалу, особенно Фрэнку Амтору, Дину Бернетту, Мохебу Костанди, Джону Доулингу и Стэнли Фингеру. Меня все еще поражает великодушие тех людей, которые с готовностью читали и комментировали мою работу – не требуя взамен ничего дороже обеда или копии книги.

Я чрезвычайно благодарен своим родителям за их неустанную поддержку, бесконечное терпение и непоколебимую веру в меня – пусть даже порой я всего этого не заслуживал. Вы помогли мне наконец поверить в себя, благодаря чему я смело приступил к созданию этой книги. Не будь вас рядом (в прямом и переносном смысле), эта работа так и не увидела бы свет.

Мне невероятно повезло, что моя супруга Мишель сопровождала меня на этом нелегком пути. Она поддерживала меня с самого начала, даже когда еще не было ясно, приведут ли к чему-то мои бредовые мысли. Спасибо, что терпела меня, когда я поднимался до рассвета, чтобы писать, выносила прочие мои чудачества и за все остальное, для перечисления чего не хватит и книги. Благодаря твоему присутствию все, за что я берусь, дается мне чуть легче.

Кай и Фиа, спасибо вам за улыбки и смех, а также за то, что научили меня ценить самое важное в жизни. Каждый день я стараюсь совершить что-то достойное, чтобы вы могли гордиться своим папой. Надеюсь, эта книга как раз из числа подобных достижений.

Наконец, я хочу поблагодарить более 3500 студентов, которых мне выпала честь обучать с тех пор, как я стал преподавателем в Университете штата Пенсильвания. Ничто не вдохновляет меня на изучение нейробиологии так же сильно, как мои подопечные. В ваших глазах я вижу то любопытство, которое испытывал сам, когда только начал изучать головной мозг.

Введение

В 1908 г., заканчивая ординатуру в немецкой психиатрической больнице, Курт Гольдштейн стал свидетелем необычайного случая. Он окончил медицинский институт всего 5 лет назад и только начинал свой (как окажется, успешный) карьерный путь. В течение следующих десятилетий Гольдштейн стал высокоуважаемым нейропсихологом и влиятельным автором. Он был одним из первых сторонников холистического подхода к лечению и подчеркивал, что необходимо относиться к пациенту как к человеку – цельному организму, а не набору симптомов. Во время Первой мировой войны Гольдштейн учредил госпиталь, в котором солдат с черепно-мозговыми травмами лечили согласно холистической философии. Из-за еврейского происхождения он был вынужден покинуть Германию, однако до этого успел помочь тысячам солдат. Еще во время ординатуры Гольдштейну довелось столкнуться с самым необычным пациентом в своей жизни.

А именно, с 57-летней женщиной, которая 2 года назад пережила инсульт. Сразу после приступа ей парализовало левую руку. Со временем рука восстановилась, но с одним любопытным отличием: теперь она будто бы жила своей жизнью. Эта рука то целенаправленно куда-то дергалась – против воли хозяйки, – то упрямо мешала правой руке. По словам пациентки выходило, что ее левая рука «делает все, что ей вздумается, сама по себе»¹. Стоило этой женщине потянуться правой рукой к стакану с напитком, как его перехватывала левая – и выливала все содержимое. Когда пациентка ложилась спать, левая рука срывала с нее покрывало. А однажды эта рука даже схватила ее за шею и начала душить!

Гольдштейну было известно о случаях, когда левая и правая рука двигались несогласованно, но с таким контрастом он сталкивался впервые. Левая рука пациентки действовала настолько независимо от ее воли, что женщина начала задумываться: а не вселился ли в ее руку злой дух?

Гольдштейн всеми силами пытался разгадать это явление. В конце концов он решил, что поведение женщины обусловлено нарушениями мозговой деятельности. Возможно, сенсорная и двигательная коры правого полушария мозга (которые обычно отвечают за владение левой рукой) не способны как следует контролировать левую конечность. Даже отыскав возможную причину состояния пациентки, юный врач не перестал ему удивляться.

Со времен Гольдштейна было зафиксировано несколько сотен похожих случаев. Симптомы были те же: одна рука пациента действовала наперекор другой – словно недовольная жена, которая назло спорит с каждым словом мужа. Пациент начинает застегивать рубашку одной рукой – а вторая тут же ее расстегивает. Пациент хочет почитать и берет книгу одной рукой – а вторая вырывает книгу и швыряет ее обратно на стол. Пациент подносит вилку с едой к лицу одной рукой – а вторая перехватывает прибор и отбрасывает его прочь. Порой пострадавшая рука даже проявляет жестокость, причиняя боль пациенту или окружающим.

Это явление впоследствии назвали синдромом чужой руки. Поскольку действия руки-хулиганки противоречат намерениям ее хозяина, он может решить, что команды ей отдает отнюдь не его мозг. Пациентам с этим синдромом кажется, что их рука живет отдельной жизнью. Иногда единственный способ удостовериться – проверить, на самом ли деле она прикреплена к их телу. Если завязать такому пациенту глаза и дождаться, когда «чужая» рука начнет двигаться против его воли, сам пациент будет ощущать себя так, будто его рукой движет кто-то другой.

Синдром чужой руки – очень редкое явление, которое обычно связано с травмами мозга (как в результате приступа – допустим, инсульта, – так и из-за прогрессирующей дегенерации, вызванной, например, болезнью Альцгеймера). Обычно травма приходится на те участки мозга, которые отвечают за предотвращение нежелательных движений или связывают воедино два полушария, что позволяет согласовывать движения конечностей (каждое из полушарий во многом отвечает за противоположную ей руку). Пусть Гольдштейну и не удалось четко разъяснить этот неврологический феномен, он был недалек от истины.

Я впервые прочел о синдроме чужой руки еще студентом; тогда я посещал курс психологии, где освещались основы нейробиологии. Этот курс стал для меня проводником в мир изучения мозга, а синдром чужой руки показался чем-то невероятным. Дело не только в том, что я не слышал о подобном явлении прежде: до той поры я в принципе не мог вообразить, что мозг способен вести себя так непредсказуемо. Я был впечатлен. Не сказать, что изучение синдрома чужой руки сподвигло меня на исследование человеческого мозга. Мое неожиданное открытие, несомненно, вдохновило меня продолжить изучение этого загадочного органа, и уже вскоре я решил получить докторскую степень в области нейробиологии. Я не был одинок в своей новой одержимости. Нейробиология поглотила меня окончательно примерно в то же время, когда приближалась к пику своей популярности.

Всегда находились люди – любители науки, нейробиологи и др., – которые ревностно изучали человеческий мозг. В 1990-е и 2000-е гг. количество заинтересованных в этой теме возросло. В 1990-х начали применять нейровизуализацию (методы, позволяющие ученым получить изображение мозга), и люди наконец смогли визуализировать мозговую деятельность. Красочные изображения, которые получались в результате, привлекали не только ученых, но и остальную общественность. На те же 90-е пришлось повсеместное внедрение в обиход антидепрессантов, которые влияли на деятельность головного мозга. Люди предвкушали тот день, когда с помощью препаратов можно будет управлять мозгом и лечить тяжелые психические расстройства – или просто сделать нас самыми счастливыми людьми. Каждое нововведение становилось поводом для грез о невероятном будущем.

Чем дальше развивались технологии, тем больше людей интересовалось нейробиологией. Общество осознало: если личностные качества и поведение человека зависят от деятельности мозга, то его изучение – это лучший способ понять себя. Тогда-то нейробиология и вошла в моду.

Вот только вскоре будущие нейробиологи поняли: добыть точные сведения о работе мозга не так просто. Многие книги о нейронауке написаны таким языком, что среднестатистический человек – а порой и нейробиолог-новичок – едва ли в них разберется. Более того, источники, нацеленные на широкую аудиторию, ушли в совершенно противоположном направлении: описание мозга в них упрощено настолько, что искажается само понимание его строения и задач. А СМИ склонны раздувать научные факты в сенсации, искажая впечатление о возможностях нейробиологии.

Я написал эту книгу в надежде, что она поможет вам найти ответы на вопросы о работе мозга без ухода в крайности. Она нацелена на читателя, незнакомого с нейробиологией (или в принципе с какой-либо наукой). Вместе с тем я избегал излишних упрощений, из-за которых читатель мог бы получить неточное или неполное представление о мозге. Наконец, мне хотелось поделиться самыми любопытными фактами из современной нейробиологии, не преувеличивая значимость ее открытий – настоящих или будущих.

Книга состоит из 10 глав, в каждой из которых описаны различные задачи головного мозга. Прочитав об этих задачах, вы сможете получить общее представление о том, как работает головной мозг, и познакомиться с огромным списком его областей, механизмов и т. д. К концу книги у вас накопится достаточно знаний о нейробиологии, чтобы здраво оценивать новые достижения в этой области, обсуждать ее с друзьями и, возможно, лучше понимать причины своих поступков.

Как бы то ни было, нейробиология – тема обширная. Хотя ученым уже многое известно о человеческом мозге, впереди их ждет еще больше открытий. Поэтому данная книга – лишь введение в науку о мозге, а не подробный путеводитель по всем ее закоулкам. Надеюсь, когда вы прочтете обо всех любопытных, своеобразных и поистине невероятных особенностях работы мозга, в вашей голове будет еще больше вопросов, чем сейчас. И тогда вы перейдете к серьезному изучению нейробиологии. Даже если в дальнейшем вы ответите на возникшие вопросы, это породит лишь новые, число которых неизменно будет превышать количество полученных ответов. Истина в том, что никакой жизни не хватит, чтобы досконально изучить человеческий мозг. Даже самые великие нейробиологи могут ответить лишь на часть вопросов, решением которых занимается нейробиология.

Нейробиология вошла в моду, когда люди осознали: лучший способ понять себя – заняться изучением мозга.

Все же я надеюсь, что благодаря этой книге у вас сложится представление об особенностях и причудах работы морщинистого органа массой около 2 кг, который расположен в нашей черепной коробке. Головной мозг человека далек от совершенства, однако в количестве выполняемых задач с ним не сравнится ни один орган. И это – лишь одна из миллиона причин, по которым такой человек, как я, посвятил свою жизнь преподаванию нейробиологии. Я просто не могу представить иной темы, о которой мне было бы так же интересно говорить и писать.

1. Страх

Когда исследователи из Университета Айовы в начале 1990-х впервые встретились с С.М. (имя сокращено из соображений конфиденциальности), она была 30-летней женщиной со средним уровнем интеллекта и веселым нравом. И хотя подобным описанием никого не удивить, ученых заинтересовало, что С.М. испытывала трудности в восприятии – с трудом распознавала эмоции на лицах людей. Особенно тяжело ей давался страх – казалось, С.М. в принципе не способна считать испуг с лица¹.

Для большинства из нас естественно угадывать чужие эмоции по лицу – мы полагаемся на этот навык едва ли не при каждом взаимодействии. Поэтому исследователи заинтересовались случаем С.М. и даже убедили ее пройти несколько тестов. Вскоре выяснилось, что испытуемая не просто не видит страха на чужих лицах. Она никогда не испытывала его сама.

Например, случай, который произошел с С.М. задолго до знакомства с исследователями из Айовского университета. Как-то раз она возвращалась домой в одиночестве; было около 10 часов вечера, а путь лежал через неблагополучный район, в котором обитали наркоманы и преступники (в такое место ночью и в одиночестве даже на автомобиле не каждый поедет). Когда С.М. пересекала парк, со скамейки ее окликнул, как она выразилась, «укуренный» мужчина.

Обычный человек, услышав его, наверняка вжал бы голову в плечи и продолжил шагать – возможно, чуть быстрее прежнего. Однако С.М., наоборот, уверенно подошла к мужчине. Когда она была в двух шагах, он внезапно вскочил, схватил ее за блузку и опрокинул на скамью. А затем, приставив нож к горлу, прошипел: «Сейчас я прирежу тебя, дрянь!»

Представьте себя на месте С.М. – о чем бы вы думали в такой ситуации? Что бы ощущали? Если вы обычный человек, то ваше сердце ускорилось бы, дыхание бы участилось, а мозг заполнили бы отчаяние и страх.

С.М. не ощущала ничего подобного. На угрозу мужчины она ответила: «Если хотите убить меня, для начала расправьтесь с моими ангелами-хранителями». И мужчина отпустил С.М. – не то испугался ее спокойного (и, признаться, немного неожиданного) отклика, не то изначально не собирался совершать убийство. С.М. неторопливо продолжила свой путь, как будто ничего страшного не случилось. Женщина испытывала злость, но отнюдь не страх².

С.М. не обладала мощным телом, не занималась боевыми искусствами; ей неоткуда было взять ту уверенность, которую она проявила перед лицом смертельной опасности. Страх, кажется, не входил в список доступных ей эмоций. С.М. помнит, как боялась чего-то в детстве, но не во взрослой жизни.

Ученые пробовали пробудить в ней страх самыми разными способами – как научными, так и не очень³. Узнав, что С.М. не любит змей и пауков, исследователи привели ее в зоомагазин, где продавали экзотических животных. Там можно было найти скользких и ползучих тварей всех сортов. Но вместо страха С.М. испытала приступ любопытства и постоянно просила дать ей подержать какую-нибудь змею – несмотря на все предупреждения об их опасности. С.М. даже попыталась прикоснуться к тарантулу – на что вряд ли решился бы даже тот, кто совсем не боится пауков.

Исследователи возили С.М. в заброшенную психлечебницу Уэйверли-Хиллз, расположенную в Луисвилле (штат Кентукки). Любители паранормальных явлений уверены, что ни один американский дом с привидениями не способен напугать так сильно, как этот. Пусть многие из нас способны пройти по заброшенному дому, не испытав при этом особенного страха, в Уэйверли-Хиллз все немного иначе: из темных углов то и дело выскакивают люди в костюмах, из-за чего посетители обычно подпрыгивают на месте, а порой – и вскрикивают. Но С.М. шагала по зданию с улыбкой; переодетые люди, несмотря на все старания, вызывали у нее разве что смех. Она сама чуть не напугала одно из «привидений», коснувшись пальцем его головы: ей стало интересно, из чего сделан костюм актера.

Наконец, ученые усадили С.М. смотреть фильмы ужасов: «Звонок», «Ведьму из Блэр», «Сияние». Фильмы вызвали у нее интерес, волнение, но никак не страх. За 6 фильмов страх на ее лице отразился пугающее количество раз – ни одного.

Из-за неспособности испытывать страх С.М. является самой известной на сегодняшний день живой медицинской диковинкой. Сейчас ей уже больше 50, и последние 25 лет исследователи активно изучают ее случай в надежде выяснить, что же вызывает страх у обычных людей.

Но для полного понимания ситуации важно знать об С.М. еще кое-что: на ее долю выпало редкое наследственное расстройство – болезнь Урбаха – Вите. Обычно она приводит к летальному исходу, но порой лишь повреждает мозг – особенно тот участок, который расположен у висков, то есть височную долю. Глубоко в височной доле расположена область, называемая миндалиной, которая, возможно, играет решающую роль в формировании страха – и в том, что С.М. страха не испытывает.

«Миндаль» в мозге

Миндалина названа так из-за миндаля, поскольку – неудивительно – имеет миндалевидную форму. Если смотреть на мозг снаружи, миндалины не увидеть; чтобы добраться до нее, понадобится скальпель и опыт в препарировании. И хотя слово «миндалина» часто используется в единственном числе, на самом деле их две – по одной на каждую височную долю. Как и многие другие участки головного мозга (состоящего из двух половин – полушарий, в некоторой мере симметричных друг другу), миндалина стала жертвой странной нейробиологической традиции – отсылаться к парным структурам мозга в единственном числе.

Считается, что в каждой миндалине содержится около 12 млн нейронов (клеток, составляющих основу мозга) из общего числа где-то 86 млрд⁴. Тем не менее миндалину не так просто обнаружить. До начала XIX в. ее даже не считали отдельной областью головного мозга. А признав миндалину таковой, исследователи все равно отказывались приписывать ей какие-либо задачи вплоть до середины XX в. Зато затем интерес к ней взлетел до небес.

Обезьяны, мескалин и миндалина

В 1930-е гг. немецкий психолог американского происхождения Генрих Клювер увлекся психоделиком под названием мескалин. Мескалин содержится в небольших кактусах пейот, растущих на юго-западе Соединенных Штатов и в Мексике. Своим воздействием он напоминает психоактивный ЛСД. Клювер интересовался мескалином во многом из-за того, что хотел изучить работу человеческого воображения, которое стимулируется мескалином. Казалось даже, будто мескалин любопытен Клюверу не только с профессиональной точки зрения: так уж совпадало, что во время экспериментов он нередко принимал психоделик сам⁵.

Изучая мескалин, Клювер наконец задался вопросом: на какой участок мозга он влияет? И предположил, что целью мескалина является височная доля. Предположение основывалось на собственных наблюдениях Клювера: когда он вводил большие дозы мескалина обезьянам, те нередко страдали от побочных эффектов, напоминающих симптомы височной эпилепсии – то есть эпилепсии, которая поражает височную долю.

Желая проверить свою гипотезу, Клювер обратился к молодому нейрохирургу Полу Бьюси и попросил его удалить височную долю у подопытных обезьян. Клювер размышлял так: если мескалин в первую очередь влияет на височную долю, то без нее мозг потеряет чувствительность к психоделику. Вряд ли Клювер тогда понимал, что благодаря этому эксперименту его имя впоследствии будет чуть ли не в каждом учебнике по введению в нейробиологию.

Первым объектом исследования Клювера и Бьюси стала агрессивная обезьяна по имени Аврора. Бьюси удалил у Авроры значительную часть каждой височной доли. Изменения в поведении Авроры потрясли ученых. Непослушная и злая обезьяна внезапно стала мирной и покладистой. Ее поведение изменилось во многих аспектах, но важнее всего то, что она больше не испытывала явную злость или страх. Опубликовав свои изыскания⁶, Клювер и Бьюси стали первыми, кто связал сильные эмоциональные переживания с височными долями мозга⁷. Изменения, которые произошли с Авророй после удаления височной доли, назвали синдромом Клювера – Бьюси.

Пару десятков лет спустя, в 1950-е гг., британский нейропсихолог Ларри Вайскрантц обнаружил, что описанное Клювером и Бьюси явление можно воспроизвести, удаляя у обезьян одни лишь миндалины⁸. Именно тогда эта слабоизученная область мозга начала привлекать внимание исследователей.

Вайскрантц заключил, что миндалина позволяет обезьянам распознавать «хорошее» и «плохое» – именно такую задачу современные нейробиологи и приписывают миндалине. Однако многие ученые, которые занимались исследованием миндалины после Вайскрантца, не учитывали ее связь с положительными эмоциями, сосредоточиваясь в основном на отрицательных. И особенно часто с миндалиной связывали страх.