Текст книги "Тайны нашего мозга, или Почему умные люди делают глупости"

Глава 7
Как пережить вечеринку: слух

Мы часто полагаем, что зрение – наш основной способ восприятия мира, но, возможно, слух не менее важен. По очевидным причинам глухота сильно затрудняет общение с другими людьми. Глухим людям пришлось создать свой собственный язык, для которого требуются глаза и руки вместо языка и ушей. Барьеры между глухими и слышащими людьми столь высоки, что возникла даже отдельная субкультура глухих. (Например, в фильме «Дети меньшего бога», в котором глухая женщина влюбляется в слышащего учителя из школы, где она работает. Возникает конфликтная ситуация, связанная с ее преданностью обществу глухих и угрожающая их отношениям.) То, каким образом вашему мозгу удается распознавать сложные звуки – например, речь, – до сих пор остается под покровом тайны, хотя ученые знают уже немало по поводу того, как мы определяем звуковые сигналы.

Что бы мы ни слушали – музыку, птичье пение или болтовню на вечеринке, – слушание начинается с ряда звуковых волн, которые мы называем просто звуком. Если бы мы могли увидеть волны, созданные чистым тоном (звуки флейты – отличный пример), их движение по воздуху, то они напоминали бы круги, возникающие от камня, брошенного в воду. Количество кругов (частота) определяет высоту тона: меньшее расстояние между волнами создает более высокий звук, большее – низкий, а от высоты волн зависит громкость звука. Речь, например, состоит из смеси многих звуков разной частоты и громкости.

Наружное ухо передает эти волны в специальный орган внутреннего уха – улитку (это название возникло благодаря его форме, напоминающей улитку, – см. рисунок). В улитке находятся различающие звуки клетки, расположенные рядами вдоль длинной, загнутой спиралью мембраны. Давление от звуковой волны перемещает жидкость в ухе и заставляет мембрану вибрировать по-разному, в зависимости от частоты звука. Эта вибрация активизирует сенсоры – волосовидные клетки. Из вершины каждой такой клетки торчит пучок тончайших волосков, напоминающих прическу панка. Движения этих волосков трансформирует сигнал из вибрационного в электрический, который может быть понят другими нейронами. Волосовидные клетки способны ощущать самые легкие движения и реагировать невероятно быстро (со скоростью более 20 000 импульсов в секунду).

Волосовидные клетки у основания улитки внутреннего уха могут ощущать самые высокие частоты. По мере продвижения по мембране к ее другому концу волосовидные клетки реагируют на все более и более низкие звуки. (Представьте себе последовательность звуков на пианино.) Подобная организация формирует схему частот звуков, которая поддерживается многими областями в мозге, отвечающими за звук.

Звуковая информация из обоих ушей переносится одновременно в нейроны ствола головного мозга. Доктора пользуются этим для установления причин потери слуха, выясняя, выражена ли она в обоих ушах или только в одном. Поскольку нейроны мозга получают информацию через оба уха, любое повреждение области мозга, отвечающей за процесс слуха, приводит к появлению глухоты в обоих ушах. Именно поэтому, если у человека проблемы со слухом только в одном ухе, то, скорее всего, повреждено само ухо или слуховой нерв. Глухота может быть вызвана и сторонним предметом, попавшим в ухо. Такие проблемы могут быть устранены с помощью слухового аппарата, усиливающего входящие в ухо звуки. Потеря слуха, вызванная повреждением волосовидных клеток, может быть устранена только с помощью имплантата улитки (см. Практический совет: улучшение слуха с помощью искусственного уха).

При слушании мозг решает две основные задачи: идентифицирует звук и определяет место источника звука в пространстве, чтобы вы смогли смотреть в этом направлении.

Ни одна из этих задач не является простой, и каждая выполняется отдельной областью мозга. Поэтому некоторые пациенты с поврежденным головным мозгом сталкиваются с трудностями в определении источника звука, но не с его интерпретацией, и наоборот.

Разница во времени достижения звуком нашего левого и правого уха, а также в его частоте помогает мозгу выяснить, откуда идет этот звук. Звук, раздающийся прямо перед вами (или прямо за вами), достигает одновременно обоих ушей. Звук, идущий справа, сначала попадет в правое ухо, и т. д. Точно так же звуки (по крайней мере высокие тона), идущие справа, звучат немного громче в правом ухе. Их громкость слегка ниже в левом ухе из-за того, что голова является препятствием на их пути. (Низкие звуки способны обходить голову сбоку и сверху.) Мы пользуемся разницей во времени восприятия звука, чтобы определиться с низкими звуками и звуками средней высоты, а для локализации высоких тонов служит разница в громкости.

Практический совет. Как предотвратить потерю слуха

Помните, как мама предупреждала вас не слушать громкую музыку, чтобы не испортить уши? Она была права. В Америке треть людей старше шестидесяти и половина старше семидесяти пяти сталкивается с тугоухостью. Самой распространенной причиной является длительное воздействие слишком громкого шума. Люди нашего поколения теряют слух быстрее, чем наши отцы и деды, вероятно, из-за того, что мир стал шумнее, чем раньше. Некоторые специалисты особенно беспокоятся по поводу МР3-плееров, которые способны часами производить громкую музыку, не требуя подзарядки.

Конечно, дело не только в рок-н-ролле. Ухудшение слуха вызывается любым громким шумом, продолжающимся определенное время: газонокосилкой, мотоциклом, самолетом, сиреной «Скорой помощи» или петардами. Даже кратковременный очень сильный шум способен повредить уши. Когда шум не является необходимостью, можно защитить уши с помощью затычек. Рок-концерт производит тот же уровень шума, что и бензопила, и специалисты советуют не слушать подобные звуки более одной минуты. Никто, конечно, не может запретить ходить на концерты, но учтите, что вред от прослушивания громких звуков накапливается, и чем больше вы будете их слушать, тем раньше начнете терять слух.

Шум приводит к ухудшению слуха, воздействуя на волосяные клетки, которые распознают звуки во внутреннем ухе. Как уже говорилось, из поверхности волосяных клеток тянутся пучки волосков, колеблющихся в ответ на звуковые вибрации. Если движения становятся слишком частыми, волоски могут порваться, и волосяные клетки больше не смогут различать звуки. Клетки, реагирующие на высокочастотные звуки (например, свист), наиболее уязвимы и обычно теряются раньше, чем те, что отвечают на низкие звуки (сирена). Вот почему вызванное шумом ухудшение слуха начинается с потери чувствительности к высоким звукам, которые особенно важны в процессе понимания речи.

Инфекционные заболевания уха – другая частая причина тугоухости. У трех из четырех детей бывают ушные инфекции, и родителям следует наблюдать за появлением симптомов. Дети обычно чешут уши, у них появляются проблемы с равновесием или со слухом, из ушей могут сочиться жидкие выделения, сон ребенка часто становится беспокойным.

Распознавая звуки, мозг особенно настраивается на сигналы, важные для поведения. Многие области мозга лучше реагируют на сложные звуки – от конкретных комбинаций частот и определенной последовательности звуков до специфических коммуникативных сигналов. Практически у всех животных имеются нейроны, специализирующиеся на распознавании важных для них звуковых сигналов – скажем, песен у птиц или эха у летучих мышей. (В движении летучие мыши пользуются устройством, напоминающим радар, воспринимая отраженное от предметов эхо и время его возвращения.) У людей особенно важными звуковыми сигналами является человеческая речь, и ее распознаванием занимаются несколько областей головного мозга.

Практический совет. Улучшение слуха с помощью искусственного уха

Слуховые аппараты, усиливающие звук в момент его попадания в ухо, не помогают пациентам, чья глухота стала результатом повреждения реагирующих на звук волосяных клеток в улитке. Однако многим из них способен помочь имплантат улитки – электронный прибор, хирургическим методом помещаемый внутрь уха. Прибор отслеживает звуки с помощью микрофона, размещенного в наружном ухе, затем стимулирует слуховой нерв, который в свою очередь посылает звуковую информацию из уха в мозг. Около 60 000 человек по всему миру пользуются такими улитковыми (или кохлеарными) имплантатами.

По сравнению с нормальным слухом, в процессе которого для различения звуковой информации используется около 15 000 волосяных клеток, кохлеарный имплантат – весьма сырое изобретение, поскольку оно издает только небольшой диапазон различных сигналов. Это означает, что пациенты слышат довольно-таки странные звуки, не очень похожие на те, к которым мы привыкли.

К счастью, мозг очень легко обучается и может интерпретировать электрическую стимуляцию правильно. Обычно требуется несколько месяцев, чтобы научиться распознавать эти сигналы, но приблизительно половина людей в конце концов научается различать речь без того, чтобы читать по губам, и даже может разговаривать по телефону. Другие пациенты считают, что их способность читать по губам улучшается благодаря дополнительной информации, поставляемой кохлеарным имплантатом, хотя некоторые так и не научаются распознавать новые сигналы и не считают, что этот прибор им помог. Детям в возрасте старше двух лет также вставляют такие имплантаты, и они быстрее обучаются понимать новый источник звуковой информации, возможно, благодаря тому, что способность мозга к обучению в детстве выше (см. главу 11).

Способность нашего мозга распознавать отдельные звуки меняется в зависимости от опыта слушания. Например, совсем маленькие дети способны различать звуки всех языков мира, но примерно в полтора года ребенок начинает терять способность распознавать звуки, которые не употребляются в его родном языке. Именно поэтому английские звуки r и l произносятся японцами одинаково – в Японии различия между этими звуками нет.

Что такое вечеринка? Это когда сорок человек собираются вместе, чтобы одновременно поговорить о себе. Человек, который остается после того, как выпивка закончилась, – хозяин.

Фред Аллен

Вам может показаться, что люди просто забывают различия не употребляемых ими звуков, но это не так. Электрические записи мозга младенцев, сделанные с помощью электродов, присоединенных к их коже, показывают, что их мозг претерпевает изменения по мере того, как они выучивают родной язык. В возрасте двух-трех лет мозг ребенка начинает больше реагировать на звуки родной речи и меньше – на все остальные.

Практический совет. Как лучше расслышать собеседника по сотовому телефону в оживленном месте

Разговор по мобильному в шумном месте часто является головной болью. Возможно, вы, как и мы, пытались улучшить ситуацию, затыкая второе ухо пальцем, но поняли, что особой пользы это не приносит.

Но не надо сдаваться. Существует способ слышать лучше, используя способности своего мозга. Как это ни странно, но для этого вам нужно прикрыть рукой телефонную трубку. Вы будете продолжать слышать весь шум вокруг себя, но тем не менее вам станет лучше слышно своего собеседника. Попробуйте. Это помогает!

Как такое может быть? Причина, по которой этот фокус работает (а так и есть с большинством обычных телефонов, в том числе и сотовыми), в том, что вы используете способность своего мозга идентифицировать разные сигналы. Этот навык мы часто используем в толпе и в запутанных ситуациях. Иногда этот эффект называют «феномен вечеринки».

На вечеринке вам часто приходится выделять один голос и различать его среди остальных. Однако голоса идут в разных направлениях и звучат по-разному – высокие и низкие, гнусавые и звонкие. Как оказалось, наш мозг просто блистает в этой ситуации. Самая простая схема того, что делает наш мозг, выглядит так:

Голос → левое ухо → МОЗГ ← правое ухо ← уличный шум

Ситуация усложняется, когда голоса доносятся из разных источников. Однако мозг отлично справляется с разделением звуков. Это невероятно тяжелая проблема для большинства электронных приспособлений. Отличить голоса один от другого – своего рода искусство, которое не под силу автоматам. А вот мозг делает это безо всяких усилий.

Но вернемся к телефону. Разговор по телефону усложняет задачу мозга, поскольку звуки улицы, где вы находитесь, проникают в трубку и смешиваются с сигналом, поступающим из другого телефона. Поэтому вы сталкиваетесь с ситуацией, которая выглядит так:

Голос + деформированный уличный шум → левое ухо → МОЗГ ← правое ухо ← уличный шум

Эту проблему вашему мозгу решить сложнее, поскольку и голос вашего друга, и уличный шум – металлические и перемешаны в одном источнике. Их сложно разделить. Прикрыв трубку, вы прекращаете смешивание шумов и воссоздаете ситуацию вечеринки.

Конечно, может возникнуть и такой вопрос: почему так устроены телефоны? Причина в том, что много десятилетий назад разработчики решили, что смешивание голоса звонящего с входящими сигналами придает ощущение «разговора вживую». Перемешивание обоих голосов (дуплексная связь на жаргоне хакеров) действительно это делает, но, когда звонящий находится в шумном месте, сигнал становится сложнее расслышать. До тех пор, пока речь по телефону не будет так же четко слышна, как и при живой беседе, мы будем сталкиваться с этой проблемой, которую вы теперь можете решить, прибегнув к силе своего мозга. Как говорится в одной рекламе: «Теперь ты меня слышишь?»

По завершении этого процесса мозг автоматически помещает все слышимые им звуки в знакомые ему категории. Например, у вашего мозга есть модель идеального звука гласной о – и все звуки, близкие к нему, слышатся одинаково, хотя они могут быть разной частоты и громкости.

До тех пор, пока мы не пытаемся выучить иностранный язык, эта направленная на родную речь специализация весьма полезна, поскольку помогает нам различать слова разных людей даже в шумном месте. Одно и то же слово, произнесенное двумя людьми, может состоять из звуков самой разной частоты и громкости, но наш мозг воспринимает их более похожими друг на друга, чем они являются на самом деле, что позволяет различить их с большей легкостью. С другой стороны, программа распознавания речи требует тихой обстановки и сталкивается со сложностями, если сразу говорят несколько человек, поскольку это зависит от простых физических свойств звука. Именно поэтому человеческий мозг распознает звуки речи лучше, чем компьютер. Лично нам не покажутся поразительными достижения компьютеров до тех пор, пока они не начнут создавать свой собственный язык и культуру.

Глава 8
О вкусах не спорят (и о запахах)

Животные – одни из самых сложных в мире устройств по определению химических веществ. Мы способны различать тысячи запахов – хлеба, свежевымытых волос, апельсиновых корок, мебели из кедра, куриного бульона и туалета на бензозаправке в разгар летней жары…

Мы способны определить все эти запахи, поскольку в нашем носу находится большое количество молекул, способных различать химические вещества, которые и создают запахи. Каждая из этих молекул-рецепторов взаимодействует с определенными химическими веществами. Рецепторы состоят из протеина и располагаются в обонятельном эпителии – мембране на внутренней поверхности носа. Существуют сотни типов обонятельных рецепторов, и каждый запах может активировать десятки рецепторов одновременно. В активированном состоянии рецепторы посылают информацию о запахе в виде электрических импульсов по нервным волокнам. Каждое нервное волокно связано только с одним типом рецепторов, и в результате сведения о запахе переносятся по тысячам «проводов» прямо в мозг. Определенный запах активирует конкретную комбинацию волокон, и мозг расшифровывает информацию о запахе, определяя паттерны активности.

Вкус определяется точно так же, только рецепторы вкуса находятся на языке. Вкусовое ощущение бывает проще, поскольку есть только пять основных вкусов: соленый, сладкий, кислый, горький и умами. (Что такое «умами»? – спросите вы. Это вкус белковых веществ, который можно найти в приготовленном мясе или грибах, а также в пищевой добавке глютамат натрия. В английском языке нет слова, обозначающего этот вкус, и поэтому мы пользуемся японским термином.) Каждый из этих основных вкусов имеет минимум один рецептор, а иногда и больше.

Присутствие горечи, например, ощущается дюжинами рецепторов. В процессе эволюции животным необходимо было распознавать токсичные вещества в окружающей среде, и, поскольку ядовитые составляющие бывают различного вида, потребовались рецепторы, способные распознать их все. Вот почему у нас встречается врожденное отвращение к горькому вкусу. Но это неприятие можно преодолеть – взгляните только на всех этих любителей тоника и кофе.

Знаете ли вы? Спазм носа, или Чихание на солнце

Приблизительно один из четырех американцев чихает, когда смотрит на яркий свет. Этот световой чихательный рефлекс, кажется, не имеет под собой вообще никаких биологических оснований. Откуда у них такой рефлекс и как он работает?

Основная функция чихания очевидна: оно удаляет субстанции или объекты, раздражающие ваши дыхательные пути. В отличие от кашля чихание – это стереотипное действие, что означает: каждое чихание конкретного человека происходит каждый раз по одному и тому же сценарию, без каких-либо вариаций. Взрывное начало чихания выталкивает воздух на значительной скорости – до тысячи миль в час. Подобное мощное синхронизированное и повторяющееся событие может быть создано только при наличии положительной обратной связи в определенной части мозга, которая и приводит к бесконтрольному взрыву активности, напоминающей приступ эпилепсии. Однако чихание отличается тем, что у него есть заранее заданный механизм окончания, и, кроме того, оно не распространяется неконтролируемо на другие движения тела.

Чихательный центр расположен в стволе головного мозга, и повреждение этой области лишает нас и других млекопитающих способности чихать. Обычно чихание активируется сообщением о раздражающем объекте, которое посылается по проводящим путям прямо в конкретную область ствола. Эта информация попадает из носа в мозг по нескольким нервам, включая тройничный нерв, передающий самые разнообразные сигналы от лица в стволовую область. Тройничные нервы (по одному с каждой стороны) являются многофункциональными черепными нервами: они обрабатывают тактильные и опасные стимулы с лица и большей части кожи черепа, а также с конъюнктивы и роговицы глаза. Тройничный нерв даже передает двигательные сигналы в противоположном направлении – из мозга, в том числе команду кусать, жевать и глотать. Очень перегруженный нерв.

Эта перегруженность может объяснить, почему яркий свет ошибочно вызывает чихательный рефлекс. Яркий свет, который в норме должен вызывать сужение зрачка, может распространиться и на соседние области, например, на нервные волокна или нейроны, которые передают ощущения щекотания в носу. Неожиданное чихание способен вызвать не только яркий свет – мужской оргазм также может активировать этот рефлекс (у тех мужчин, которые испытывают оргазм).

Вообще подобные феномены (как, например, световой чихательный рефлекс) становятся возможными из-за путаницы и перегруженности, царящих в стволовой области мозга. В стволе находится огромное количество схем самых разных рефлексов и действий – практически все, что делает наше тело. Общий вид нашего ствола создавался очень давно, во времена появления первых позвоночных. Практически у всех позвоночных имеется 13 пар черепных нервов (хотя у рыб есть 3 дополнительные пары, передающие сигналы, поступающие из рецепторов боковых линий, расположенных вдоль боков рыбы). Черепные нервы обычно ведут к комплексной сети специфичных ядер нейронов, которые в своей основе устроены одинаково и отвечают за сходные функции у всех позвоночных. Изучение нервной системы животного – отличный способ предположить, как работает та или иная структура в мозге человека.

Причина схожести стволовой системы у разных видов животных в том, что она устроена весьма запутанно. С точки зрения эволюции полностью поменять все было бы просто катастрофой. Потомки ранних животных, первые позвоночные и современные позвоночные животные (рыбы, птицы, ящерицы и млекопитающие) – все вынуждены пользоваться такой схемой, которая может быть немного модифицирована, но никаких фундаментальных перемен в ней не бывает. Она напоминает схему метрополитена Нью-Йорка, которая в какой-то момент была простой, но теперь стала безнадежно запутанной после добавления нескольких уровней одного за другим. Некоторые части ствола больше не используются, а изначальное ядро теперь настолько переделано и залатано, что его нельзя переместить, возможно, из-за страха прекращения функционирования всей системы. Честно говоря, ствол головного мозга является, наверное, самым лучшим примером запутанного результата эволюционного подхода.

Почему мы называем острую еду жгучей? Химическое вещество, придающее острым соусам их пикантность, – это капсаицин. Ваше тело пользуется рецепторами капсаицина еще и для того, чтобы реагировать на повышение температуры. Именно поэтому мы потеем, когда едим острую пищу, – у этих рецепторов есть некое подобие «прямой линии связи» с мозгом, которая посылает сигналы с требованием остудить тело. Рецепторы капсаицина находятся не только на языке, но и по всему телу. Вы можете проверить это, приготовив еду с большим количеством острого перца, а затем положить немного на контактные линзы. Ой!

Знаете ли вы? Почему мыши не любят диетическую кока-колу?

В состав диетической кока-колы входит ингредиент, который придает ей сладкий вкус, – аспартам (заменитель сахара NutraSweet), который действует, связываясь с рецепторами сладкого на вашем языке. У людей рецепторы сладкого реагируют не только на сахар, но и на аспартам, сахарин и сукралозу (низкокалорийный сахар). У мышей эти рецепторы реагируют на сахар и сахарин, но не на аспартам. Они не предпочитают подслащенную аспартамом воду обычной воде, так что можно предположить, что для мыши диетическая кока-кола не кажется сладкой. (То же самое относится и к муравьям, которых не привлекает диетическая газировка.)

Используя генетические технологии, ученые смогли заменить мышиный рецептор сладкого человеческим. Эти трансгенные мыши любят аспартам и, предположительно, диетическую кока-колу. Следовательно, у мышей те же проводящие пути, что и у нас, просто с другими рецепторами.

Хотите провести интересный эксперимент? Проверьте, насколько ваши домашние животные любят сладкие напитки: сок, подсахаренную воду и диетическую газировку. Налейте напитки в разные мисочки и посмотрите, куда направится ваш любимец. Вы можете быть удивлены результатом!

Мятный вкус кажется прохладным по сходной причине. Недавно ученые определили рецептор, идентифицирующий ментол. Растения вырабатывают ментол по той же причине, что и капсаицин, – чтобы животным не нравился их вкус.

Запахи и вкусы часто обладают сильными эмоциональными ассоциациями: бабушкин яблочный пирог, горелые листья, рубашка вашего любимого, свежий утренний кофе. Запахи могут быть связаны и с негативными ощущениями. 11 сентября 2001 года и в течение нескольких дней после этого Манхэттен был пропитан едким и горьким запахом, который вряд ли кто-нибудь, кто там был, сможет забыть. Некоторые запахи могут казаться приятными одним и неприятными другим. (Вспомните любимый запах Килгора из фильма «Апокалипсис сегодня» – «Я обожаю запах напалма по утрам… вся гора пахнет победой».) Такие ассоциации могут возникать потому, что обонятельная информация связана напрямую с лимбической системой – мозговыми структурами, являющимися посредником в создании эмоциональных реакций. Эти структуры способны обучаться, что дает им возможность ассоциировать запахи с приятными или опасными событиями.