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

Наш любимый энергетик

Современное общество одержимо продуктивностью. Многие, едва проснувшись, уже составляют кучу планов на день, которые наверняка несоразмерны с доступными им временем и силами. Тем не менее они стараются успеть все к концу дня. А чтобы у них было для этого достаточно сил, используется кофеин.

Согласно некоторым оценкам, до 90 % американцев ежедневно употребляют напитки, содержащие кофеин. Чем дальше – тем больше. Данные от 1999–2010 гг. свидетельствуют, что среднее количество кофеина, потребляемого людьми, за десятилетие увеличилось со 120 до 165 мг¹⁶. Количество кофеина в разных напитках отличается: в стакане кофе объемом 300 мл содержится около 120 мг кофеина, а в 470 мл —165 мг.

С начала нулевых увеличилось количество людей, страдающих от бессонницы и дневной сонливости – особенно среди определенных возрастных категорий. Согласно одному исследованию, с 2002 по 2012 г. количество 18-24-летних людей, страдающих от бессонницы и других нарушений сна, выросло на 30 %¹⁷.

Но заявлять о том, что уровень потребляемого кофеина напрямую влияет на количество людей, страдающих бессонницей, неверно с научной точки зрения. Да, эти два показателя связаны (оба растут), однако мы не знаем, насколько бессонница зависит от употребления кофеина. Хотя кофеин порой является одной из причин нарушений сна: общество настолько привыкло к нему, что даже не осознает его пагубного влияния. К счастью, одного знания о том, как работает кофеин, будет достаточно, чтобы вы начали следить за собой и ни в коем случае им не злоупотребляли.

Долгоиграющее действие

Как говорилось ранее, кофеин блокирует аденозиновые рецепторы. Это не позволяет аденозину вызывать усталость – как следствие, вы дольше чувствуете себя бодрым и активным. Пока кофеин находится в вашем организме, мозг не так охотно замечает вашу усталость. Естественно, это спасает в тех случаях, когда вы не успеваете что-то доделать к ночи. Все меняется, когда вы наконец решаете пойти спать.

Дело в том, что кофеин держится в организме довольно долго. Всем психостимуляторам свойственен период полувыведения. После того как вы употребляете психостимулятор, ферменты организма пытаются его нейтрализовать и вывести. Период полувыведения – это время, за которое организм успевает вывести 50 % употребленного психостимулятора. Период полувыведения кофеина разнится от человека к человеку, однако в среднем занимает около 5 ч. Получается, если выпить небольшую чашку кофе (скажем, в которой содержится 100 мг кофеина), то через 5 ч концентрация кофеина в крови уменьшится на 50 % – до 50 мг.

Чтобы избавиться от 50 % оставшегося кофеина, нужно еще 5 ч. То есть через первые 5 ч в вашем организме останется 50 мг кофеина, через вторые – 25 мг, через третьи – 12,5 мг и т. д.

Долгий период полувыведения может стать проблемой для тех, кто пьет кофе по вечерам. Если выпить огромную чашку кофе (в которой содержится 200 мг кофеина) после ужина в 18:30, то в 23:30 в вашем организме останется еще 100 мг кофеина. Возможно, вас даже будет одолевать сонливость, но остатки кофеина в крови не позволят вам быстро заснуть.

Когда же можно выпить последнюю за день чашку кофе, чая или лимонада? Ответ на самом деле зависит от вашего организма. Кофеин влияет на всех по-разному, и это обусловлено множеством факторов, начиная с наследственности и заканчивая возрастом. На пожилых людей и беременных женщин кофеин будет действовать дольше – у женщин на 6-9-м месяце беременности период полувыведения кофеина составляет 18 ч¹⁸! Поэтому кому-то нестрашно выпить кофе после обеда, а некоторым следует употреблять кофеин ровно до этого времени.

Период полувыведения (время, за которое 50 % вещества выводятся из организма) кофе – 5 ч. Чтобы полностью вывести кружку кофе, которую вы выпили после ужина, понадобится более 30 ч.

В рамках одного исследования, посвященного влиянию кофеина на сон, участникам давали по 400 мг кофеина: кому-то прямо перед сном, кому-то за 3 ч до сна, а кому-то – за 6 ч. Неудивительно, что такое количество кофеина, употребленное незадолго или за 3 ч до сна, серьезно нарушало сон. С проблемами столкнулись и те, кто пил кофе за 6 ч до сна – из-за этого время их сна сокращалось примерно на час¹⁹.

МЕЛАТОНИН И СОН

Несмотря на то, что сегодня существует множество препаратов, способствующих лечению бессонницы, они в большинстве своем доступны только по рецепту врача. Конкуренцию им может составить мелатонин – гормон, вырабатываемый участком головного мозга под названием «шишковидное тело». Считается, что оно влияет на циркадный ритм человека. Существуют свидетельства, что мелатонин помогает человеку быстрее уснуть, а также повышает качество сна²⁰. Однако будьте осторожны. Производство мелатониновых препаратов, как и других «натуральных» пищевых добавок, не регулируется на законодательном уровне, поэтому в аптеке может оказаться продукт с опасно высоким содержанием этого гормона. Прежде чем приобрести товар, изучите его свойства, а также найдите сведения о компании-производителе.

Еще одно исследование было посвящено тому, как на ночной сон могут повлиять 100 мг кофеина, употребленного утром на пустой желудок. Участники (которые до этого ежедневно употребляли кофеин) получали по 200 мг кофеина в 7 утра и ложились спать в 11 вечера. Это привело к тому, что длительность их сна увеличилась, а электрическая активность мозга во время сна изменилась²¹.

У бессонницы бывают различные причины. Даже если вы употребляете много кофеина, в нарушениях вашего сна может быть виновен не только и не столько он. Поэтому при бессоннице определить ее причины получится лишь методом проб и ошибок. Не забывайте: хронические нарушения сна способны вызвать действительно серьезные последствия, от болезней сердца до рака. Вам лучше найти причины своей бессонницы и отказаться от вредных привычек при первой же возможности.

4. Речь

Когда Юки было 53 года, он попал в больницу из-за внезапно появившихся пугающих симптомов: пронзительной головной боли, проблем со зрением и трудностей в выражении мыслей. После осмотра врачи заключили, что у Юки внутримозговое кровоизлияние, или геморрагический инсульт.

Да, внутримозговое кровоизлияние – это именно то, о чем вы подумали. Оно происходит в тех случаях, когда стенки церебральных сосудов истончаются, разрываются и кровь попадает в мозговую ткань. Далее кровь скапливается в мозге, образуя гематому. Разрастаясь, гематома не только повреждает ближайшие нейроны, но и занимает лишнее пространство в черепе – то есть давит на зоны мозга, повреждая их. Внутримозговое излияние чаще всего оканчивается смертью или тяжелой инвалидностью.

Тем не менее Юки повезло. Врачи обнаружили в левом полушарии его мозга гематому, но успели удалить ее. И после операции симптомы перестали преследовать мужчину. За тем лишь исключением, что ему стало сложнее изъясняться. По большей части Юки разговаривал как обычно: использовал глаголы, прилагательные, наречия и другие части речи. Но не существительные. Юки с трудом вспоминал названия предметов. Какое-нибудь дерево, ближайшая стена, собственная нога – он узнавал их, но не мог назвать. Неудивительно, что из-за этого ему было трудно выражать свои мысли.

Однажды Юки спросили, что такое ложка, и он ответил: «Что-то, чем мы берем еду и кладем себе в рот». Он мог воспользоваться ложкой, но самого слова «ложка» так и не вспомнил. А когда врачи показали ему изображение лошади, Юки сказал: «Это бегает в телевизоре по воскресеньям»¹.

Расстройство речи, настигшее Юки, называется номинальной афазией. Термин «афазия» описывает речевые нарушения, вызванные травмами мозга, а слово «номинальный» происходит от лат. «имя, название». Номинальная афазия – одна из самых легких форм афазии. Люди с этим расстройством способны общаться, не называя предметы. Вместо прямых названий они часто используют описания, как Юки с лошадью. С помощью описаний, жестов и мимики человек с номинальной афазией способен передать общий смысл высказывания – особенно если говорит с тем, кто знает о его состоянии и в меру терпелив. Однако это расстройство мешает привычному укладу жизни: страдающие им люди постоянно ощущают себя так, будто нужное слово вертится на языке, но вспомнить его не получается.

Существуют различные виды афазии, соответствующие определенным нарушениям: начиная с трудностей в использовании частей речи и заканчивая неспособностью читать при сохранении навыка письма (человек способен написать предложение, но не может его прочесть). Отличительные черты каждой отдельной афазии позволяют понять, сколько информации мозг должен свести вместе ради успешной коммуникации. Даже если убрать одну составляющую, это приведет к множеству трудностей.

Выходит, речь – это не один навык, а целый их набор. Чтобы составить простое предложение в духе «Я пошел в магазин», необходимо найти в памяти блок с соответствующей тематикой, выбрать подходящие слова, вспомнить грамматику языка, с ее помощью сложить слова в предложение и запланировать движения целого набора мышц – губ, языка, голосовых связок, – чтобы произнести его. Происходящее напоминает работу оркестра, в котором главную партию играет мозг.

Владение языком во многом является самым впечатляющим умением мозга. С помощью языка мы не просто выражаем свои мысли – распространенно, искренне и разнообразно. Это позволяет незамедлительно отзываться на окружающий мир и передавать знания из поколения в поколение, как не способен ни один другой вид. Трудно представить, что было бы с человечеством, не умей оно разговаривать.

Тем не менее мы воспринимаем язык как должное. Когда вы в последний раз задумывались о том, что владеете невероятной способностью, благодаря которой можете по праву считать себя венцом эволюции? Которая позволяет сделать что угодно: как заказать обед, так и признаться кому-то в вечной любви?

Если вы такой же обычный человек, как и я, то редко задумываетесь о подобном. Большинство людей пользуется языком без особых усилий, не осознавая каждое слово (исключение составляют случаи, когда кто-то, например, пишет книгу – тогда придется поразмыслить над словами). Мы воспринимаем этот навык как нечто простое. Наш мозг будто создан, чтобы мы вовсю впитывали умение пользоваться языком, по крайней мере до 7 лет² (или, согласно некоторым исследованиям, до подросткового возраста или даже 18 лет³).

К сожалению, впоследствии мозг сосредоточивается на особенностях лишь одного языка, с трудом осваивая новые. Невзирая на упрямство мозга (или благодаря ему), в зрелом возрасте мы знаем около 40 тыс. слов⁴, причем большинство из них выучили неосознанно.

Такие расстройства, как настигшая Юки номинальная афазия, показывают, насколько хрупки наши способности к языку. Внутримозговое кровоизлияние – или иные причины, по которым повреждается мозг – может в мгновение ока лишить человека навыков, которые он развивал всю жизнь. Но как бы афазия ни мешала жизни пациентов, она помогла нейробиологам выяснить многое о речепорождении и речевосприятии. Изучение пациентов с афазией заложило основу для современного понимания того, как именно мозг делает возможным общение при помощи языка.

Поль Брока и пациент по прозвищу Тан

В апреле 1861 г. в парижской больнице Бисетр 51-летнему мужчине сделали операцию на ноге, чтобы избавить его от инфекции, вызванной гангреной. Мужчину звали Луи Виктор Леборн, а хирурга, проводившего операцию, – Поль Брока.

Жизнь Леборна была непростой; он пришел в хирургическое отделение Брока, когда уже был на пороге смерти.

С юного возраста Луи Виктор страдал от эпилепсии, из-за чего к 30 годам у него значительно снизилась скорость речи. Когда ему было около 40, правая сторона его тела начала неметь, что привело к гемиплегии (параличу) и инвалидности.

Затем его начали подводить мышление и зрение. Казалось бы, хватит с него страданий, но нет – его ногу, в придачу ко всему, поразила бактериальная инфекция.

Брока, повидавшего многое, было не удивить даже настолько несчастной судьбой. Но по-настоящему хирурга заинтересовали трудности, которые пациент испытывал в общении. Казалось, будто в голове Луи Виктора роятся мысли, которые он желает выразить. Вот только любая попытка оканчивалась тем, что он выдавал лишь одно бессмысленное слово: «Тан». В больнице его так и прозвали – Тан. (Сегодняшние студенты-психологи, изучая нейробиологию, запоминают его только под этим именем.)

Брока был не просто хирургом, а одним из самых влиятельных нейробиологов своего времени. Леборн же был не просто очередным его пациентом. Благодаря ему Брока смог поставить точку в вопросе о том, какой участок мозга несет ответственность за рече-порождение. А также решить более сложную задачу: отвечает каждая из областей мозга за что-то определенное или у всех зон одни и те же функции?

Второй и более масштабный вопрос мучил ученых во многом из-за исследований, посвященных речи: существовали свидетельства, что за речь отвечают области в передней части мозга – известной как лобная доля. Познакомившись с Леборном, Брока осознал, что с его помощью наконец-то сможет проверить предположения исследователей и добраться до истины.

Брока решил: если после изучения мозга Леборна окажется, что тот в свое время пережил инсульт (например, в результате припадка), который повредил его лобную долю, то это подтвердит гипотезу о том, что именно она отвечает за речь.

Под наблюдением Брока Леборн прожил меньше недели, после чего умер. А через сутки хирург произвел вскрытие его мозга – естественно, в нетерпеливом предвкушении (как бы кощунственно это ни звучало). Изучив мозг Леборна, Брока обнаружил повреждения в нескольких зонах, однако сильнее всего пострадала именно лобная доля. Согласно свидетельствам самого Брока, в левой лобной доле пациента оказалась дыра размером с целое куриное яйцо⁵.

После этого Брока еще несколько лет изучал многочисленные случаи расстройства, подобного тому, что испытывал Тан. И у кого бы из пациентов он ни вскрывал череп, повреждена всегда была лобная доля.

Причем, к изумлению Брока, именно левая лобная доля. Раньше считалось, что два полушария мозга полностью одинаковы. А Брока столкнулся с расстройством, которое случается из-за повреждения только одного полушария.

Зона, которая была повреждена у пациентов с этой афазией, получила название «извилина Брока», затем была переименована в центр Брока, а после – в зону Брока. Сегодня зона Брока неразрывно связана с речью; в 95 % случаев она расположена в левом полушарии мозга человека⁶. А нарушения речи, в основном влияющие на ее скорость, называют афазией Брока.

Пациентам с этой афазией, совсем как Леборну, тяжело изъясняться. Каждое слово дается им с трудом, и они нередко проглатывают части слов – например, окончания существительных и глаголов. Если попросить такого человека описать свой поход в магазин, то он скажет нечто в духе: «Идти… магазин» – при этом надолго замолкая после каждого слова.

Зона Вернике

Ученые времен Брока неохотно принимали, что зона Брока всецело ответственна за речь. Особенно с учетом того, что сторонники этого мнения вынуждены были признать: полушария мозга отличаются друг от друга. Пусть даже непреложной истиной долгое время считалось обратное.

Примерно через 15 лет после того как Леборн впервые пришел к Брока, юный немецкий врач по имени Карл Вернике нашел еще одно подтверждение тому, что за речь несет ответственность именно левое полушарие. Вернике сделал открытие, схожее с открытием Брока, – нашел зону в левом полушарии головного мозга, повреждение которой приводит к нарушениям речи.

Если повредить зону мозга, которую впоследствии назовут зоной Вернике, у человека разовьется нарушение речи, противоположное афазии Брока. Пациенты с афазией Вернике спокойно составляют предложения, безо всяких трудностей произносят слова, у них нормальные ритм и интонации. Однако эти высказывания часто не имеют никакого смысла.

При афазии (речевом нарушении) Брока человек с трудом подбирает слова и не может их правильно выговаривать, а при афазии Вернике – наоборот, без проблем складывает слова в предложения, вот только они не имеют никакого смысла.

Пациенты с афазией Вернике говорят нелепости, путают слова и звуки внутри слов, а иногда и вовсе выдумывают несуществующие слова. Если пациент с афазией Вернике[4]4
  Основной симптом афазии Вернике – утрата способности воспринимать речь на слух, понимать смысл слов. Речь превращается для пациента в кашу звуков. Из-за этого уже возникает проблема с построением собственной речи, однако, как правило, сам пациент не понимает, что его речь нарушена. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]попытается рассказать о том, как он ходил в магазин, то выйдет: «Я подудышивал, чтобы сделать по магазинам-зинам сегодня-ня-ня-ня купиваю-напиваю хлеб-млеб-влеб». Пациент пытается сообщить, что ходил в магазин за хлебом, но путает слова, добавляет в речь неологизмы (выдуманные слова) и заменяет в словах буквы. Совокупность всех этих причуд приводит к тому, что высказывание теряет смысл.

Пациенты с афазией Вернике также тяжело воспринимают чужие высказывания. Другими словами, это нарушение речи в первую очередь касается понимания смысла слов. Пациенты с афазией Вернике не способны до конца понимать чужие слова, а также с трудом выражают собственные мысли.

Такие разные полушария

Открытие зон Брока и Вернике и связанной с ними афазий помогло нейробиологам убедиться, что речепорождение и речевосприятие – одни из немногих функций мозга, которые зависят от одного (левого) полушария мозга сильнее, чем от другого. Такое несоответствие называется межполушарной асимметрией.

Дальнейшие опыты лишь подтвердили гипотезу, что за речь отвечает левое полушарие головного мозга. Возможно, один из самых необычных экспериментов проводился на пациентах, которые обращались к крайней мере при лечении тяжелой формы эпилепсии. А именно к каллозотомии, во время которой в мозге человека разрезают клубок аксонов под названием «мозолистое тело», соединяющий два полушария.

Зачем это делается? Эпилептические припадки вызывает чрезмерная электрическая активность, которая перевозбуждает группы нейронов в головном мозге и нарушает их работу. Зачастую такие отклонения сначала затрагивают одно полушарие, а затем через мозолистое тело переходят к другому. Если надрезать мозолистое тело, то чрезмерная электрическая активность задержится в одном полушарии, благодаря чему припадки не будут происходить так часто и пациенту станет намного легче.

Поскольку каллозотомия – это операция на открытом мозге, к ней прибегают лишь в крайних случаях – когда иные способы лечения уже не помогают. Как ни удивительно, эта операция не имеет бросающихся в глаза побочных эффектов. Однако тщательная проверка пациентов с разрезанным мозолистым телом показывает, что побочные эффекты есть – и в особенности они касаются речи.

КОГДА СЛОВО ВЕРТИТСЯ НА ЯЗЫКЕ

Все мы были в ситуации, когда пытаешься вспомнить какое-то слово, но оно, как назло, вылетает из памяти. Мы знаем это слово, но почему-то не можем найти его. Многие в таких случаях говорят, что слово «вертится на языке», а в английском языке даже существует научный термин – «tip-of-the-tongue phenomenon» («явление, когда слово вертится на кончике языка»}. Причины его неизвестны, однако оно ясно показывает: наша память несовершенна. Зачастую нас больше всего расстраивает то, что мы никак не можем перестать думать о забытом слове. Мы раз за разом пытаемся вспомнить его, причем одним и тем же способом. На самом деле лучше на время выбросить все, что касается этого слова, из головы. Тогда ответ придет к вам в самый неожиданный момент.

Первая работа на эту тему была опубликована профессором Калифорнийского технологического института Роджером Сперри в соавторстве с его студентом Майклом Газза-нигой⁷. Сперри изучал, как каллозотомия влияет на кошек, но перешел к изучению людей – которых будут называть людьми с «расщепленным мозгом», – не меняя методики.

Сперри и Газзанига давали пациентам предметы (карандаши или ключи от машины) таким образом, чтобы чувственная информация о них сначала направлялась только в одно полушарие мозга. Такого можно добиться, если задействовать нейронные пути с одной стороны тела. К примеру, сведения, полученные через правый глаз, сначала обрабатываются в левом полушарии головного мозга. А осязательная информация из левой руки – в правом.

Добравшись до одного полушария, эта информация попадает в другое через такие проводящие пути, как мозолистое тело. Но если речь идет о пациенте с «расщепленным мозгом», то сведения, дойдя до левого полушария, так в нем и останутся. Мозолистое тело такого пациента повреждено, поэтому его мозг не способен передать сведения правому полушарию.

Когда переживший каллозотомию пациент видел предмет только правым глазом, сведения поступали лишь в левое полушарие его мозга. И на вопрос, что это такое, он отвечал: «Ключ». Пока все правильно.

Посмотрев на ключ левым глазом, пациент воспринимал его только правым полушарием; до левого тем временем сведения не доходили. А на вопрос, что это за предмет, пациент никак не мог вспомнить нужное слово. Многие участники либо заявляли, что вовсе ничего не видят, либо высказывали случайные догадки. Однако все они могли как нарисовать увиденный предмет, так и выделить его из числа других – потому что на самом деле видели его. Но без языковых способностей левого полушария не могли его назвать. Эти наблюдения доказывают, что в левом полушарии мозга есть зоны, без которых речь невозможна. Если они не работают в должном порядке, человек испытывает трудности в речи.