Текст книги "Как работает ваш мозг. Внутри самого сложного объекта во Вселенной"

Сам Кэхилл, возможно, нашел свидетельства работы компенсаторных связей, задействующих миндалевидные тела – парные образования в глубине мозга, которые, как считается, участвуют в обработке информации и памяти об эмоциональных реакциях. Группа Кэхилла показала, что для мозга в состоянии покоя активность миндалевидных тел у мужчин и женщин различается. Кэхилл думает, что это может являться следствием механизма, компенсирующего различия в уровне тестостерона.

Лаборатория Джилл Голдштейн из Гарвардской медицинской школы в Бостоне не искала компенсаторного эффекта, но Голдштейн убеждена, что теория де Вриса могла бы объяснить полученные ей результаты.

Команда Голдштейн делала сканы фМРТ у 12 женщин и 12 мужчин, когда те разглядывали фотографии, некоторые из которых должны были шокировать (автомобильные аварии и расчлененные тела). Женщины прошли тест два раза: один раз в начале менструального цикла, при, как правило, низком уровне эстрогена, а затем еще раз прямо перед овуляцией, когда уровень гормона обычно на пике.

Разглядывая мрачные фотографии, женщины продемонстрировали субъективные переживания стресса, как и мужчины – вне зависимости от фазы менструального цикла. Но при высоком уровне эстрогена по сравнению с мужчинами у женщин было меньше активности в различных участках мозга, задействованных в стрессовой реакции. Голдштейн считает, что это заглушало более чувствительную реакцию на стресс, которую в противном случае спровоцировал бы скачок эстрогена. «У них были те же самые субъективные переживания стресса, но чтобы прийти к этому состоянию, их мозг действовал немного по-другому», – говорит она.

Хотя теория компенсации у человека пока не нашла значительной поддержки среди нейробиологов, игнорировать ее становится все сложнее, так как накапливается все больше свидетельств. Даже там, где компенсаторные различия в мозге не влияют на поведение или способности, они могут объяснить, почему определенные медицинские состояния чаще встречаются у одного пола, а не у другого. Женщины, например, более уязвимы к таким психическим заболеваниям, как невроз и депрессия, а у мужчин чаще встречаются такие особенности развития, как аутизм.

Работа Голдштейн по стрессу – яркий тому пример. «Нам нужно выяснить, как эти связи по-разному развиваются в здоровом мужском и женском мозге, – говорит она. – Только тогда мы поймем, как они прерываются при психических нарушениях».

Серьезно относиться к вопросу начинают и финансирующие организации. В 2014 году Национальные институты здоровья в США выпустили новые положения, предусматривающие включение темы половых различий в исследовательские программы, финансируемые агентством.

Никто не говорит, что теория компенсации объясняет все различия, наблюдаемые в мозге у мужчин и женщин. Многие из них действительно предполагают разную результативность. Но не все.

Это означает, что теперь мы должны с осторожностью подходить к интерпретации данных о мозге, считает Лиз Элион, нейроученый из Университета Розалинд Франклин в Чикаго. Исследователь закрепила фразу в заголовке своей книги 2010 года по половым различиям: «Розовый мозг, голубой мозг».

«Чем больше мы узнаем, тем больше понимаем, что популярная культура Марс-Венера не так хорошо объясняет разницу полов, как всем бы хотелось, – говорит она. – Нейроученым, СМИ, родителям – нам всем нужно быть осторожнее в том, как мы интерпретируем эти данные и какие выводы из них делаем».

Каково это – быть младенцем?

Желающим посмотреть на мир из головы ребенка Элисон Гопник, психолог из Калифорнийского университета в Беркли, предлагает следующее: поезжайте в Париж, влюбитесь, выкурите четыре пачки сигарет, затем выпейте четыре двойных эспрессо, а после этого добавьте психоделических наркотиков. Потому что, насколько мы можем судить, мир младенца очень и очень странный.

Выводы о том, что происходит в мозге ребенка, сделаны благодаря лучшему пониманию сознания взрослого. Исследования волн электрической активности в мозге показали, что взрослые получают информацию в два этапа. На первом происходит бессознательная обработка, скажем, картинки. Примерно через 300 мс наступает второй этап, и загорается сеть участков мозга. Именно здесь мы осознаем, что мы восприняли. Последующее исследование обнаружило похожие процессы у детей, но гораздо более медленные. У детей с 12 до 15 месяцев вторая стадия проявляется через 750 мс, у пятимесячных младенцев промежуток составляет 900 мс.

Но мозг ребенка – это не просто замедленная версия взрослого сознания. Элисон Гопник думает, что сознательный опыт взрослого – это один конец спектра. Дети, разумеется, не вполне бессознательны, но и не сознательны. Они где-то посередине.

Философ Нед Блок из Нью-Йоркского университета называет это феноменальной сознательностью – что означает субъективный опыт видеть, слышать, пробовать, нюхать или трогать что-то. Наблюдая сложную сцену, мы осознаем гораздо больше, чем можем описать словами.

Для младенца кроме этой сцены может больше не существовать ничего. В лавине стимулов младенец, скорее всего, не обращает внимания на отдельные вещи, а считывает закономерности. И так как дети в меньшей степени контролируют свое внимание, их привлекают вещи, в которых много информации. Для взрослого детская площадка младенца – это какофония цвета и звука. А ребенок находится в своей среде.

Неспособность контролировать внимание, скорее всего, также означает, что детям сложно отстраниться. Взрослые умеют отключать внешний шум, концентрируясь на чем-то еще. А у младенца с выключением звука возникнут сложности. Мир младенцев, вероятно, яркий и стремительный, без регулятора яркости. Что возвращает нас к парижской суете, влюбленности и воздействию кофе и сигарет.

Активацией определенных участков мозга для концентрации внимания управляет нейромедиатор ацетилхолин, имитируемый никотином. Одновременно с ним, чтобы не позволить вступить в игру другим участкам, работают замедляющие нейромедиаторы. Если только не пить кофе, так как считается, что кофеин заглушает убивающие веселье нейромедиаторы и держит мозг наготове ко всему на свете.

Когда вы курите и пьете кофе, мозг оказывается в ситуации, когда вы очень внимательны, но глаза открыты широко, неизбирательно. Элисон Гопник говорит, что подобный эффект также дают влюбленность и путешествия в новые места. Под их влиянием мы получаем самый уступчивый, пластичный мозг. И это неплохое приближение к состоянию младенца, чей неокрепший мозг в целом более пластичен. Быть ребенком – это значит сосредотачиваться почти всем мозгом.

На этом странности не заканчиваются. Открытое переживание мира в качестве наблюдателя у младенцев может выходить за рамки ощущений. Чувство собственного «я» у младенца смешано с его осознанием других людей. То есть дети могут чувствовать и свои собственные эмоции, и эмоции других, не умея их разделять.

Предположение, что у младенцев нет границ чувства собственного «я», находит подтверждение в необычном источнике – галлюциногенных грибах. Это еще один способ имитировать сознание младенцев. Робин Кархарт-Харрис и его коллеги из Имперского колледжа Лондона изучали воздействие на сознание псилоцибина – активного компонента в психоделических грибах. Среди прочего они рассматривали сеть, связывающую участки префронтальной коры, передней поясной коры и височных долей.

Предыдущие исследования показали, что «сеть пассивного режима работы мозга» активна, когда мы отдыхаем или думаем о себе, и подавляется, когда мы концентрируемся на задаче. Группа Кархарт-Харриса показала, что псилоцибин деактивирует такие узлы в мозге, как кора задней части поясной извилины и префронтальная кора головного мозга, а также ослабляет длинные соединения между участками мозга. Эти узлы – как дирижер оркестра, говорит Кархарт-Харрис. При введении псилоцибина или психоделических наркотиков наподобие ЛСД дирижер выйдет из зала.

Элисон Гопник предупреждает об опасностях возвращения в наше странное и чудесное прошлое. «ЛСД опасен, никотин очень опасен, и нет ничего опаснее влюбленности, – говорит она. – Выпить чай вместе с малышом – действительно самый безопасный способ расширить свое сознание».

8
Сон

Большинство людей считают, что спят недостаточно, но некоторым хватает и половины обычного объема. В целом за этим занятием мы проводим треть жизни. У спящих дельфинов поочередно бодрствует одно полушарие мозга. Без сна крысы умирают через три недели, а самцы императорских пингвинов умудряются бодрствовать целых три месяца, когда высиживают яйца. Спят практически все животные, даже насекомые. Но сон все равно остается одной из величайших загадок.

Что такое сон?

Строго говоря, термин «сон» применим только к животным со сложными нервными системами. Но все же возможно, что его истоки относятся к периоду зарождения жизни около 4 млрд лет назад, когда первые микроорганизмы меняли свое поведение, реагируя на ночь и день. Нам известно, что современные микроорганизмы, не имея ничего похожего на нервную систему, следуют дневным циклам активности и неактивности, которыми управляют внутренние биологические часы.

У беспозвоночных, например скорпионов, насекомых и некоторых ракообразных, также есть напоминающие сон состояния с чередующимися циклами покоя и активности. Отдыхая, они принимают характерное положение тела, прекращают реагировать на внешний мир, а если их разбудить, позже компенсируют недобранный сон.

Так что некоторые исследователи считают сон частью спектра неактивных состояний, которые встречаются по всему царству животных.

Почему мы и другие животные проводим так много времени во сне, остается загадкой. Как только мы узнаем больше о том, какие преимущества животное получает от похожего на сон состояния, мы сможем дать осмысленный ответ на вопрос, что такое сон и зачем он на самом деле нужен.

Человеческий сон сопровождается сложными изменениями в мозге. Это можно наблюдать с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), измеряющей электрическую активность мозга на протяжении времени.

Полежав бодрствуя минут десять или около того, мы вступаем в фазу медленного, или медленноволнового сна (МВС). В зависимости от небольших различий в кривой ЭЭГ МВС делится на три стадии: МВС 1, МВС 2 и МВС 3. Каждая стадия считается все более глубокой.

Пройдя цикл стадий МВС, мы входим в фазу сна с быстрым движением глаз, или быстрого сна (БС). Линии ЭЭГ во время БС показывают состояние, напоминающее бодрствование или дремоту. На этой стадии мы видим большинство наших снов.

Каждый цикл длится около 1,5 часов, а ночной сон обычно состоит из пяти или шести циклов.

В дополнение к изменениям в активности мозга, для сна характерны замедление сердечного ритма примерно на 10 ударов в минуту, падение центральной температуры тела на 1–1,5 °С, а также сокращение движений и ощущений.

Почему мы спим?

Почему мы спим – одна из величайших загадок жизни. Очевидно, это важно для нашего выживания: лабораторные крысы, лишенные сна, умирают в течение месяца, а когда люди не спят несколько дней, у них случаются галлюцинации и эпилептические припадки.

Но объяснение найти не так просто. Если, предположим, нашему телу необходим физический отдых, мы могли бы это делать, оставаясь в сознании. «Почему мы должны были отдаваться на милость хищников по нескольку часов в сутки, не выполняя при этом никакой полезной функции?» – спрашивает Джулио Тонони из Вискосинского университета в Мэдисоне.

В большинстве теорий считается, что сон – это некий вид очистки или «сервисного обслуживания» мозга, но до последнего времени ни одна из них не могла выяснить, что же меняется в мозге во время сна.

Недавно обнаружили «систему канализаций» наподобие лимфатических сосудов, которые спускают переработанные продукты из тканей тела.

Система активизируется, пока мы спим, и предположительно в это время удаляются продукты отходов.

Альтернативные теории предполагают, что задача сна – сохранить энергию или удержать животное подальше от опасности, пока еда недоступна. И, разумеется, возможно, что сон выполняет одновременно несколько функций или даже служит разным целям у разных животных.

Типичный ночной сон включает несколько циклов, в том числе БС и МВС

Рис. 8.1. Циклы человеческого сна

Тонони тем не менее предполагает, что главная функция сна – это не позволить нашему мозгу переполниться воспоминаниями. Смысл в том, что сон нужен, чтобы нейронные связи в мозге за ночь обнулились, освобождая место для формирования новых воспоминаний на следующий день.

В последних экспериментах группа Тонони измерила соединения, или синапсы, в мозге 12 мышей. Синапсы в образцах, взятых в конце периода сна, оказались на 18 % меньше, чем во взятых до сна, что показало, что во время сна нейронные связи ослабляются. Новые синапсы сохраняют воспоминания, а сон, похоже, закрепляет новые воспоминания. Идея, что сон ослабляет, а не укрепляет связи мозга, может показаться противоречащей здравому смыслу, но существует более раннее свидетельство в поддержку теории очистки. ЭЭГ показывает, что наш мозг меньше электрически реагирует в начале дня – после того как мы хорошо поспали – а значит, связи могут быть слабее.

Исследование Тонони подсказывает, как мы со временем выстраиваем длительные воспоминания, несмотря на эту очистку. Группа открыла, что некоторые синапсы выглядят защищенными – самый крупный, пятый, остался того же размера. «Как будто мозг сохраняет самые важные воспоминания, – говорит он. – Вы оставляете то, что важно».

Если теория очистки верна, она объясняет, почему, если не поспать ночью, на следующий день нам сложнее сконцентрироваться и выучить новую информацию – у мозга недостаточно объема для кодирования нового опыта. Находки Тонони также предполагают, что стоит хорошо поспать не только когда выучили что-то новое, но и в предыдущую ночь. «Сон – это цена, которую мы платим за обучение», – считает он.

Можно ли спать наполовину?

По ощущениям сон похож на состояние «вкл/выкл», но мозг способен одновременно и бодрствовать, и спать. Феномен хорошо известен у дельфинов и тюленей – животных, умеющих спать «однополушарно»: половина их мозга спит, а другая половина демонстрирует электрическую активность, характерную для бодрствования.

Исследователи сна заинтересовались, не происходит ли нечто подобное у людей. Сон – это «глобальное» состояние, захватывающее равномерно весь мозг, или оно в некоторой степени регулируется локально? Накапливается все больше данных, подтверждающих второй вариант. Например, участки мозга, наиболее активные при бодрствовании, впоследствии дольше пребывают в стадии глубокого сна.

Локальное рассмотрение сна помогло бы лучше понять случаи, когда в сон вторгается бодрствование – разговоры, хождение во сне и редкий вид бессонницы, при котором люди думают, что не спали всю ночь, хотя запись волн от одного участка мозга показывает, что спали.

Это также может объяснить, как сон вторгается в бодрствование, например ослабление внимания, когда мы лишены сна. «Микросон» особенно опасен, если вы ведете машину, и разработаны различные способы его распознавания – мониторинг движения машины относительно белой разметки на дороге или анализ движения глаз на признаки сонливости.

Почему мы видим сны?

«Толкование сновидений есть Via Regia к познанию бессознательного», – так написал Зигмунд Фрейд в классической работе 1900 года «Толкование сновидений». Эта мысль стала для него уникальным открытием, случающимся «раз в жизни», и почти весь ХХ век мир с этим соглашался. По всему земному шару на бесчисленных кушетках психоаналитиков люди вспоминали свои сны, веря, что в них содержатся закодированные послания о подавленных желаниях. Сновидения перестали считаться общением со сверхъестественным или божественным вмешательством – они стали окном в тайное «я».

Сегодня мы интерпретируем сновидения совершенно по-другому и используем гораздо более продвинутые методы, а не просто записываем воспоминания людей. В лабораториях сна исследователи сновидений подключают добровольцев к сканерам ЭЭГ и фМРТ, будят их на середине сна и записывают, что им снилось. Исследования все еще ассоциируются с психоанализом, но эта сфера не для слабонервных. «Сказать, что вы собираетесь изучать сновидения, означает практически совершить научное самоубийство», – говорит Мэтт Уолкер из Калифорнийского университета в Беркли.

Тем не менее открытия ученых заставят вас взглянуть на сновидения в совершенно новом свете. Современная нейронаука отодвинула в сторону теории Фрейда и помогла нам глубже понять сон. Теперь известно, что благодаря этой важной любопытной форме сознания мы становимся теми, кто мы есть. Кроме того, сновидения помогают нам обобщить воспоминания, осмыслить бесчисленный новый опыт и держать наши эмоции под контролем.

Изменение узоров электрической активности сообщает нам, что спящий мозг следует циклам по 90 минут и каждый состоит из пяти стадий (см. рис. 8.1 выше). Характерной схемы активности мозга, соответствующей сновидению, нет, но, насколько нам известно, все здоровые люди видят сны. И хотя сновидения обычно ассоциируются с быстрым сном, во время которого мы их видим почти постоянно, с конца 1960-х годов исследователи знают, что это происходит и во время МВС. Такие сновидения более разреженные и напоминают мысли, часто без сложности, длительности и живого галлюцинаторного качества БС.

Несмотря на различия, оба типа сновидений, похоже, становятся зеркалом происходящего в бодрствовании. Сновидения часто отражают недавний опыт обучения, и это особенно верно в начале ночного сна, когда очень распространены сновидения в фазе МВС. Например, человек, только что игравший в компьютерную игру про лыжников, может увидеть во сне, как он катается на лыжах. Связь между опытом бодрствования и МВС также отмечали и во время исследований со сканированием мозга. Пьер Маке из Льежского университета в Бельгии исследовал последние стадии МВС и обнаружил, что мозг участников проигрывал схему нейронной активности, ранее зафиксированную в опыте бодрствования. Многие сновидения фазы БС также отражают элементы опыта предыдущего дня, но связь зачастую гораздо тоньше – поэтому человек, игравший в игру про лыжников, может увидеть во сне, как он бежит по лесу или падает с горы.

Но мы не просто проигрываем события, когда видим сон, – мы обрабатываем их, собирая воспоминания и интегрируя информацию, чтобы использовать ее в будущем. Роберт Стикголд из Медицинской школы Гарварда в Бостоне недавно выяснил, что люди, видевшие сновидения во время фазы МВС о проблеме, над которой он просил их поразмышлять, впоследствии справлялись с ней лучше. Точно также быстрый сон, как оказалось, улучшал способности в видеоиграх, визуальном восприятии задач и в извлечении смысла из массы информации.

«Очевидно, мозг обрабатывает огромный объем воспоминаний, пока мы спим. И то, что мы видим сны, пока наш мозг сортирует воспоминания и определяет, как они сочетаются, определенно не является совпадением», – говорит Стикголд. Он считает, что два типа сновидений (МВС и БС) выполняют разные функции с точки зрения запоминания, хотя сами функции остаются предметом обсуждений. Сновидения МВС важнее для стабилизации и упорядочивания воспоминаний, предполагает Стикголд, а сновидения БС реорганизуют хранение воспоминаний в мозге, позволяя сравнить и объединить новый опыт с предыдущим.

Тем не менее Ян Бор и Сюзанна Дикельман, работающие в Тюбингенском университете в Германии, на основании тех же свидетельств пришли к противоположному заключению – сновидения БС помогают упорядочивать новые воспоминания, а сновидения МВС нужны для более высокого уровня обобщения. «Я думаю, это означает, что в понимании роли разных стадий сна для памяти мы все еще далеки от цели», – говорит Стикголд.

Также неясно, насколько значительна роль сновидений в формировании памяти. Разумеется, наш мозг обрабатывает воспоминания не только во сне. Когда мы мечтаем, активизируются определенные участки мозга, которые называют сетью пассивного режима. Сегодня мы знаем, что этот режим участвует в обработке воспоминаний, и многие из его участков активны во время сновидения БС. Кроме того, мечты, как и БС, улучшают нашу способность извлекать смысл из информации, а также переживать творческие озарения.

Означает ли это, что на самом деле для обработки воспоминаний сновидения нам не нужны? Уолкер считает, что это не так, указывая, что способы повтора новых воспоминаний в мечтах и в сновидениях различаются. Исследования на крысах показывают: повторы протекают в обратном порядке, когда животное бодрствует, и в прямом, когда спит. Никто точно не знает, что значит порядок для обработки воспоминаний, но, по мнению Уолкера, это доказывает, что мечты – не просто разбавленная версия сновидения. Маке согласен с ним: «Каждое состояние мозга может выполнять свои функции для памяти, в чем-то различные. Обобщение воспоминаний, вероятно, организовано на уровне клеток в виде каскада событий, которые должны происходить серийно. Одни – когда вы бодрствуете, другие – когда спите».