Текст книги "Мозг. Инструкция пользователя"

Маленький размер гипоталамуса совершенно не соответствует огромности задачи, которая перед ним стоит: он обеспечивает выживание в буквальном смысле. Гипоталамус весит всего 4 г и имеет в длину 4 мм, расположен в самой середине мозга и собирает самые разнообразные сведения, приходящие от тела. В тревожной ситуации гипоталамус использует химические и нейронные рычаги для поддержания гомеостаза, то есть оптимального баланса жизненно важных ресурсов организма.

Гипоталамус живет точно в центре мозга, в месте, где соприкасаются полушария, чуть-чуть ниже половинок таламуса. У него тоже есть левая и правая части, но в отличие от таламуса он имеет вид единого органа, что позволяет так его и рассматривать.

Гипоталамус состоит из выделенных анатомически групп нейронов, именуемых ядрами, которые с помощью разнообразных инструментов контролируют температуру тела, регулируют потребление воды и пищи через чувства жажды и голода, управляют физиологическим откликом на смену дня и ночи, так называемым циркадным ритмом [см. стр. 129] и определяют сексуальное поведение.

Крошечный гипоталамус обладает такой мощью, поскольку помимо арсенала нейронов держит под контролем расположенный совсем близко гипофиз – властителя эндокринной системы. Гипофиз производит восемь гормонов, играющих фундаментальную роль в сохранении гомеостаза, и два из них синтезируются непосредственно в гипоталамусе.

Это и стратегический гормон роста (стимулирующий воспроизводство и регенерацию клеток), и кортикотропин-релизинг-гормон (кортикотропин помогает противостоять стрессу), и окситоцин с вазопрессином (нейротрансмиттеры, необходимые для возникновения влюбленности), и пролактин (регулирует выработку грудного молока), и гонадотропин (управляет половым развитием). Таким образом, гипоталамус отвечает не просто за выживание особи, но и за благополучие вида в целом.

В самой сердцевине полушарий расположена группа ядер серого вещества, каждое со своей анатомической и нейрохимической конфигурацией, но объединенных связью с верхними слоями коры мозга и нижней частью мозгового ствола. Они управляют автоматическими и произвольными движениями, движениями глаз, а также эмоциями и процессом познания[5]5
  Базальные ганглии включают в себя те части мозга, которые развились из конечного мозга, промежуточного мозга и среднего мозга, то есть трех из пяти первичных делений мозгового пузыря, происходящих во время эмбрионального развития [см. стр. 58].


[Закрыть].

• Путамен (Скорлупа)

Эта структура значительных размеров расположена под таламусом и вовлечена в сложный механизм управления движением. Не случайно путамен связан с таким дегенеративным заболеванием, как болезнь Паркинсона, то есть расстройством двигательной системы.

• Хвостатое ядро

Парная структура, расположенная в обоих полушариях, выходящая из путамена и обвивающая его наподобие утончающейся, сходящейся на конус спирали. Хвостатые ядра тоже отвечают за моторику и болезнь Паркинсона, но не только, – они участвуют в реализации когнитивных способностей (обучение, память, речь), а также определяют некоторые психологические переживания человека. Магнитно-резонансное сканирование показывает, что хвостатое ядро активизировано как у влюбленных, так и у восхищающихся чьей-либо красотой. Путамен и хвостатое ядро вместе образуют стриатум.

• Прилежащее ядро

Парная структура, которую тоже было бы правильнее назвать прилежащие ядра, поскольку в каждом полушарии находится по ядру. Она участвует в системе вознаграждения [см. стр. 159], составляя важную часть так называемого мезолимбического пути, по которому из вентральной зоны [см. стр. 42] поступает дофамин [см. стр. 59]. Зависимость – тоже дело прилежащего ядра. А совсем недавно были обнаружены доказательства того, что ядро активизируется не только при переживании удовольствия, но и, напротив, отвращения. Играет роль в импульсивных проявлениях, а также создает эффект плацебо [см. стр. 207] и вместе с обонятельным бугорком составляет так называемый вентральный стриатум.

• Стриатум

Дорсальный и вентральный стриатумы (описанные выше структуры) образуют вместе полосатое тело, чьи функции состоят в поддержании сложной системы обучения и других когнитивных функций, обеспечения системы вознаграждений, в том числе и их возможного перехода в зависимости. В целом полосатое тело делает приятными действия или переживания [см. стр. 79].

• Бледный шар

Бледный шар получает информацию от полосатого тела и отправляет ее в черную субстанцию. Играет ключевую роль в осознанном движении.

• Субталамус

Принимает сигналы полосатого тела и помогает регулировать движения тела.

Эта удлиненная парная структура является одновременно частью как коры головного мозга, так и лимбической системы, осуществляя переход от «мозга млекопитающего» к «мозгу примата»; в обоих полушариях она обволакивает мозолистое тело.

Если говорить о мозге языком архитектуры, можно сказать, что поясная кора находится на верхнем этаже лимбической системы. Она принимает информацию как с крыши (кора головного мозга), так и с нижних этажей (таламус) [см. стр. 62]. Поясная извилина участвует в переживании эмоций [см. стр. 133], обучении [см. стр. 179], запоминании [см. стр. 83]. И этим ее функции не ограничиваются – список ее ролей в жизненных процессах весьма обширен.

Передняя часть поясной извилины отвечает и за базовые процессы, такие как кровяное давление и сердцебиение, и за высшую нервную деятельность – управление эмоциями [см. стр. 192], планирование [см. стр. 79] и принятие решений [см. стр. 188]. Задняя часть осуществляет автоматические реакции [см. стр. 184], участвует в процессе вспоминания забытого и в работе сознания [см. стр. 144].

3.3. «Мозг примата»

У млекопитающих по сравнению с их предшественниками мозг стал более многослойным – в его верхней части добавились оболочки. Это произошло миллионы лет назад. Конечный мозг, который формируется и у человека в процессе эмбрионального развития [см. стр. 58], постепенно эволюционировал и прирос корой, самым могущественным и таинственным органом у современных мышей, котов, обезьян и человека. У рептилий и птиц в мозге есть похожая структура, так называемый паллий, или плащ головного мозга, но он не аналогичен коре «мозга млекопитающих».

Кора головного мозга активно развивалась в течение нескольких геологических эпох у приматов, так называемых гоминидов. Род Homo возник около двух миллионов лет назад, а кора головного мозга вида Homo sapiens – примерно 200 тысяч лет назад. После исчезновения неандертальцев конкуренцию Homo sapiens больше никто составить не смог, и кора приобрела огромный по сравнению с мозгом других млекопитающих, даже гипертрофированный вид и размер. Некоторые исследователи полагают, что этому способствовали особая ловкость рук и расположенный отдельно большой палец, свойственное хищнику стереоскопическое фронтальное зрение и социальные преимущества, определяемые способностью к примитивной речи. Кора головного мозга получила резкий толчок к развитию, что привело около 50 тысяч лет назад к возникновению зачатков культуры и изменению поведения Homo sapiens, превращению его в «современного» человека, Homo sapiens sapiens. К этому моменту его кора головного мозга составляла уже 90 % веса всего мозга.

Все основные события происходят именно здесь, в коре. В ней каталогизируется и обрабатывается хаотичный информационный поток данных, поступающих от различных периферических органов, таких, к примеру, как кожа или глаза. Именно в коре зарождаются и сохраняются новые навыки, которые позднее классифицируются в соответствии с уже имеющимися знаниями. Благодаря выдающимся способностям коры к вычислениям человек способен задуматься, включить воображение, сравнить вероятности, принять решение и изменить свое мнение.

Кора головного мозга – торжество серого вещества, плотной упаковки нейронов, глиальных клеток и капилляров. Серым его назвали самые первые анатомы, еще в Средневековье, – при вскрытии черепа они видели серовато-розоватую массу. Серый цвет отлично выделяется на фоне белого вещества, которое разбросано в мозгу отдельными пятнами, в основном под корой, там, где встречаются мозолистое тело и сотни миллионов аксонов, соединяющих полушария между собой белой полосой миелина [см. стр. 32, 50].

Мозолистое тело есть в мозге только у плацентарных млекопитающих: оно является неотъемлемым и одним из важнейших инструментов таких сложных мозговых процессов, как интеллект и сознание, и координирует деятельность коры полушарий мозга.

Если взять квадратную мягкую скатерть со стороной 2 метра, расстелить ее на столе, а потом начать сминать к центру, пытаясь запихать ее в банку или коробку, получится морщинистый и извилистый комок, сильно напоминающий внешним видом кору головного мозга. Именно такой ее и создала эволюция – для того, чтобы увеличить максимально площадь поверхности серого вещества и постараться сохранить череп более-менее пропорциональных размеров, хотя голова человека все равно непропорционально велика. Серое вещество коры – самая эволюционно молодая и самая объемная часть мозга, пожалуй, даже устрашающе объемная, с точки зрения других видов, и без извилин она бы просто не влезла в череп.

Вогнутые части этой «скатерти» из серого вещества, похожие на долины в горах, называются бороздами, а выступающие – извилинами. Среди борозд выделяются четыре особенно глубокие, они отделяют четыре доли коры головного мозга. Доли привязаны к костям черепа: передняя лобная доля (центр управления абстрактным мышлением, рассудком, а также социальными навыками и личностными качествами); височная доля (слух, восприятие, речь, обучение); теменная доля, расположенная в верхней части затылка (осязание, вкусовые ощущения, температура) и затылочная доля, расположенная ближе к шее (зрение).

В самой середине коры мозга расположена центральная борозда, разделяющая кору на две половины. Таким образом получается, что и доли имеют парный характер.

Некоторое время назад биологи считали, что полушария выполняют совершенно разные задачи и что в мозге одно из полушарий доминирует и играет руководящую роль. Именно эта гипотеза легла в основу мифа о том, что есть «левополушарные» люди, способные к математике и логике, и «правополушарные», созданные для творчества и искусства. Это полная чушь [см. стр. 225].

На самом деле операция гемисферэктомии (хирургическое удаление или выключение одного из полушарий, производимое при некоторых случаях тяжелой эпилепсии) не нарушает полностью работу мозга – после периода послеоперационного восстановления зачастую и мозговая деятельность, и когнитивные функции возвращаются в полном объеме, особенно у детей, обладающих по определению большей мозговой пластичностью, чем взрослые [см. стр. 87]. Некоторое количество людей в мире живет более или менее нормально с одним полушарием в голове. Конечно, это не означает, что у разных полушарий головного мозга нет своих особенностей, этот процесс неврологи называют «латерализация». В качестве наиболее яркого примера можно привести области Брока (генерация речи) и Вернике (понимание речи), расположенные в левом полушарии у большинства и в правом у некоторых левшей. Не следует забывать также, что данные от периферических органов чувств поступают в оба полушария, однако крест-накрест: правый глаз шлет картинку в левую затылочную долю, а ощущения левой руки попадают в расчетный центр в правой теменной доле.

Толщина коры головного мозга колеблется от 2 до 4,5 мм, но этот тонкий и влажный, но прекрасный покров серого вещества состоит из шести слоев нейронной ткани. Каждый из этих слоев обладает собственной структурой, то есть состоит из разных типов нейронов, связанных с другими участками коры, подкорковым слоем и другими отделами мозга.

Кора – самая сложно устроенная часть мозга, наиболее сложно устроенного органа нашего тела. Технический прогресс позволил науке продвинуться в изучении работы мозга, одновременно доказав, что в мире нет двух одинаково устроенных и одинаково функционирующих живых механизмов.

Это тем более поразительно, что геномы разных людей – например, аборигена Австралии или коренного жителя Гренландии – практически идентичны, различаясь всего лишь на 0,1 %. При этом все 100 % мозгов вида sapiens совершенно уникальны.

• Передние лобные доли

Добро пожаловать в центр управления! Здесь, в переднем отделе коры, в особенности в префронтальной его части (то есть самой передней), расположенной в области лба и самого начала затылка, формируются самые сложные и загадочные функции сознания, такие как мышление и разум, убеждения и мотивы поведения, то есть все, что отличает мозг вида sapiens от всех предыдущих версий.

У человека префронтальная кора развита в значительно более высокой степени, чем у остальных приматов, а у остальных млекопитающих ее может не быть вовсе. У человека передние лобные доли начинают функционировать на полной мощности только спустя 25–30 лет после его рождения [см. стр. 97]. Это во многом объясняет различия в поведении ребенка, подростка, юноши и взрослого.

Переоценить роль переднего отдела коры просто невозможно. Чтобы убедиться в этом, вам нужно выполнить четыре мысленных эксперимента:

• вспомните место, в котором вы проводили летние каникулы в детстве, и представьте себе его во всех подробностях, а затем представьте, как это место может выглядеть сегодня;

• представьте себе ситуацию вооруженного конфликта, любого, какой предпочтительнее, и жизнь женщины с двумя маленькими детьми, потерявшей в результате конфликта мужа и все имущество;

• проведите серию вычитаний: начиная со 101 вычитайте все время по 8, пока не дойдете до минимального положительного числа;

• обопритесь основанием ладони о стол и ударяйте по столу пальцами, один за другим от большого к мизинцу и обратно.

Когда эксперимент будет закончен, знайте, что вы полностью активизировали передние лобные доли своего мозга. Без них человек никогда бы не смог выполнить эти кажущиеся простыми задачи. Поскольку только в переднем отделе коры мы можем восстановить при помощи лимбической системы эмоциональные воспоминания и моделировать их с помощью воображения [см. стр. 184]. В отличие от других живых существ, когда-либо описанных биологами, эмпатия у человека живет в лобных долях [см. стр. 150]. Здесь же совершаются расчеты, решаются логические задачи и формируется речь. В передней коре происходит управление произвольными движениями, такими, например, как набор текста на клавиатуре компьютера, а также располагается участок коры, называемый первичной моторной корой, которая, среди прочего, управляет ходьбой.

Итак, все вышесказанное подтверждает, что передние лобные доли – действительно командный центр, он управляет так называемыми исполнительными функциями мозга, такими как оперативная память, контроль за исполнением запретов (по сути, способность реагировать нестандартно для достижения цели), отложенное удовлетворение (способность отказаться от вознаграждения для получения большего в будущем), когнитивная гибкость (способность справляться с несколькими задачами одновременно), рациональное поведение, планирование и многое другое [см. стр. 170]. И собственно личность по большей части формируется именно здесь, в префронтальном отделе коры [см. стр. 166].

Эти факты стали известны довольно давно благодаря несчастному случаю. Сегодня они подтверждены также научными исследованиями и результатами использования современных технологий, таких как ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), МЭГ (магнитоэнцефалография) и фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) [см. стр. 253]. Технологии пришли на смену таким методам, как сравнение поведения человека до и после операции на мозге в связи с ишемической болезнью или серьезной травмой. В данной книге не приводятся все эти ужасные способы продвижения науки вперед, однако на самом известном случае нельзя не остановиться.

Итак, дело было в Вермонте в 1848 году. Финеас Гейдж работал на строительстве железной дороги, и во время прокладки пути произошел взрыв. В результате взрыва череп Финеаса пронзил железный прут длиной около метра и диаметром три сантиметра, воткнувшись снизу-вверх, и поразил левую переднюю лобную долю коры его мозга. Невероятно, но нечастному удалось выжить, но произошло нечто поразительное. Кроткий, милый и очень аккуратный человек внезапно стал легкомысленным, эгоистичным повесой и бабником. «Вся его сдержанность, тщательно соблюдаемый баланс между разумом и эмоциями внезапно куда-то исчезли», – отмечал врач Джон Харлоу, описавший клинический случай. Случай Гейджа остался в истории медицины, поскольку показал, насколько тесно сплетены биология и психология.

И практический вывод: всем, кто любит кататься на лыжах, водить мотоцикл и заниматься другими экстремальными видами отдыха, следует позаботиться о мерах защиты для командного пункта в собственной голове!

• Височные доли

Височные доли находятся, натурально, с двух сторон мозга. Главной их функцией являются организация речи во всем ее многообразии и чувственное восприятие действительности, недаром эти доли расположены совсем рядом с ушами. В височных долях обрабатываются звуковые сигналы, поступающие от органов слуха через так называемую первичную слуховую кору [см. стр. 125]. Слуховая кора связана с участком, в котором интерпретируются звуки и речь. Рядом, в левой височной доле, расположена область Вернике, обеспечивающая понимание речи, как звуковой, так и письменной. Медицинские исследования показывают, что травмы этой области приводят к тому, что пациент может говорить (за формирование речи отвечает область Брока в передней лобной доле), но не улавливает смысла сказанного.

Возможности первичной слуховой коры сильно зависят от опыта, накопленного в детстве и юности, так же как и возможности многих других отделов коры мозга. Малыш, слышавший в детстве сразу два или три языка, в зрелом возрасте имеет все шансы стать полиглотом. Если ребенок слышит чужой язык только в школе или в детском саду, он может и не начать потом говорить на нем как на родном, но при этом будет все равно достаточно хорошо его понимать. По этой же причине дитя, в первые десять лет своей жизни прожившее в музыкальной атмосфере, имеет больше возможностей стать профессиональным музыкантом.

Существует гипотеза, согласно которой дети, слушавшие музыку в животе у мамы (рекомендуется приставлять наушники прямо к животу), рождаются предрасположенными к музыкальным занятиям. В 2015 году на портале YouTube было опубликовано видео о мальчике Дилане, который слушал музыку за пять месяцев до рождения. В возрасте лет пяти он демонстрировал способность различать весьма сложные аккорды и раскладывать их на отдельные ноты.

Височные доли кроме слуха определяют выполнение и двух других сверхважных задач – зрения и памяти. Они расшифровывают зрительную информацию, поступающую от затылочной области коры, привязывая разные детали увиденного, как лица или вещи, к их именам и названиям [см. стр. 121]. Височные доли трудятся вместе с гиппокампом и миндалевидным телом, превращая сегодняшние впечатления в долгосрочную память [см. стр. 83].

• Теменные доли

Уже восемь часов, пора завтракать. Представьте себе эту повседневную сцену в замедленном темпе: рука медленно тянется за чашкой чая, но потом отдергивается, поскольку в чашке кипяток. Это теменная кора мгновенно сменила программу движения, среагировав на сигнал.

Что в этой сцене такого необычного? Да все. Во-первых, выполнение этого банального движения требует прежде всего, чтобы мозг оценил и рассчитал на основе визуальных данных, на доступном ли расстоянии для руки находится чашка и позволяют ли ее форма и особенности конструкции ее ухватить. Затем движение выполняется, и срабатывают датчики температуры: для этого требуется система, способная обработать данные, полученные от рецепторов на коже пальцев, и произвести перерасчет пространственной стратегии, перенести цель на ручку чашки. Упрощение всех этих сложнейших расчетов и является главной целью теменных долей.

Теменные доли расположены в верхней части затылка, вблизи от шеи, сразу за занимающими самое большое пространство лобными долями. Они управляют восприятием сенсорной информации и ее воплощением в моторику, движение. Этому участку головной коры вполне можно присвоить название «ассоциативная кора», поскольку она переносит информацию, поступающую от органов чувств – зрение, слух, ощущение температуры среды, болевые ощущения и тому подобное [см. стр. 115] – в конкретную цель – не получать ожоги при каждом чаепитии.

Вдоль борозды, отделяющей теменные доли от лобных долей, расположена область, именуемая соматосенсорной корой, – она следит за осязанием. В этой области находится пространственно-сенсорная карта, которая позволяет определить, что болезненные ощущения от слишком горячей чашки поступили от пальцев руки. Эта нейронная модель всех осязательных рецепторов называется гомункулусом, поскольку количество нейронов в ней пропорционально чувствительности рецепторов в разных частях тела: она похожа на гуманоида с длиннющими ручищами и гигантскими ножищами и вываленным изо рта огромным языком [см. стр. 127].

Теменные доли участвуют также в процессе формирования и расшифровки речи.

• Затылочные доли

Точно так же, как левое ухо посылает преобразованные в электрические импульсы акустические сигналы в правую височную долю (четко в противоположный участок мозга), так и левый глаз отправляет визуальные сигналы в виде электрических импульсов в правую затылочную долю, в область, расположенную наискосок от глаза.

Однако затылочные доли одним лишь зрением, само собой, не ограничиваются. Огромный объем данных от расположенного наискосок глаза поступает в затылочную долю через таламус, в перевернутом виде. А еще надо мгновенно определить цвет всех предметов, попавших в поле зрения; оценить размеры, расстояние, глубину этого поля; идентифицировать движущиеся объекты или знакомые лица. Эти сложнейшие вычисления выполняются в разных областях коры, которые работают в буквальном смысле бок о бок. Помимо первичной зрительной коры (зрительная зона V1), получающей необработанные зрительные данные и выявляющей движение, выделяются вторичные зрительные области, которые отвечают, к примеру, за ассоциативный ряд (V2), выделение цветов (V4), определение формы, размеров предметов и вращение глаз.

Все эти операции вместе позволяют создать цветную трехмерную картину с углом охвата 120 градусов, с высокой степенью разрешения и в реальном времени [см. стр. 121]. И это далеко не все – затылочная доля, в свою очередь, отправляет визуальную информацию в долю теменную, чтобы обеспечить правильную реакцию в ситуациях, аналогичных описанной выше истории с чашкой, и в височную долю, чтобы превратить сегодняшние впечатления в память о прошлом (и запомнить, что в чашках бывает кипяток).

Обобщая, можно сказать, что затылочные доли визуальную информацию получают, а другие области коры ее интерпретируют. Только благодаря их совместной работе мы можем прочесть и понять эти строки!