Текст книги "Мозг зомби. Научный подход к поведению ходячих мертвецов"

Широкая биологическая сеть передачи данных

Мозг – это орган, который управляет всем произвольным поведением. Это он вытаскивает вас из постели утром. Он позволяет вам наблюдать закат, нюхать розу, пробовать шоколад, бить по футбольному мячу или бросать боевой топор в голову приближающегося зомби.

По сути, мозг – всего лишь набор миллиардов крошечных клеток, называемых нейронами и глией. Нейроны работают как маленькие операторы ввода-вывода, как транзисторы в компьютерах, но чуть более сложные. У них наверху есть маленькие ветки, которые называются дендритами и позволяют им слушать другие нейроны. Информация из этих ответвлений проходит через главную часть клетки, называемой телом или сомой. Это то, что дает серому веществу, ткани мозга, которая содержит нейроны, ее имя[6]6
  Вообще-то она больше похожа на геркулесовую кашу, но, если мы вдадимся в детали, вы больше не захотите ее есть.


[Закрыть]. Ткань с плотными телами клеток выглядит слегка темнее, чем без них. Информация от дендритов интегрируется в тело клетки, и принимается решение «стрелять». Это не настоящая стрельба, а начало электрохимического сигнала, который передается от нейрона по длинному усику, – аксону. Аксоны иногда называют белым веществом, потому что на вид они белые. По сути, аксоны можно считать биологическими проводами компьютера, которым является наш мозг. На конце у каждого аксона есть маленькие ответвления, терминали аксона, которые связываются с дендритами других клеток. Если дендриты – это ветви дерева, то аксон – его ствол, а терминали – корни.

Каждый нейрон общается с другими нейронами, порождая электрический заряд, который приводит к тому, что клетка аксона выстреливает химические вещества в маленькую щель между терминалями и дендритами другой клетки. Эта щель называется синаптической. Химические вещества (известные как нейротрансмиттеры и нейромодуляторы) меняют напряжение следующей клетки, подводя ее к состоянию, при котором она выстрелит свой потенциал действия. Этот процесс передачи – фундаментальный вычислительный процесс мозга: клетка решает стрелять (или не стрелять) на основе сигналов, которые посылает ей (или не посылает) связанная с ней клетка. Мы обсудим это подробнее в следующей главе.

Но как же другие клетки, о которых мы обмолвились, глия? Долгое время нейроученые думали, что они что-то вроде команды поддержки для нейронов. Они подчищают грязь, которая возникает, когда нейроны выстреливают повсюду нейротрансмиттерами. Еще они поддерживают здоровье нейронов и взаимодействие между клетками. Хотя модель команды поддержки пока подтверждается, становится все очевиднее, что глия – это нечто поважнее. Каждый год все больше исследований показывают, что глия тоже делает вычисления. Однако в чем они заключаются и как это связано с поведением, еще остается великой тайной.

Но все же, как это способствует работе мозга?[7]7
  Настоящего человеческого мозга, мы поговорим о мозге зомби чуть позже.


[Закрыть]

Нам уже некоторое время известно, что мозг – это огромная взаимосвязанная сеть. Конечно, ранние оценки того, насколько велика эта сеть, были слегка преувеличены. Возьмем, к примеру, заголовок статьи из газеты New York Times 25 июня 1933 г.: «Телефонные провода мозга насчитывают единицу с 15 млн нулей: Ученые говорят, что цифра столь огромна, что астрономия блекнет в этом сравнении». Учитывая, что мы знаем размеры нейронов и их аксонов, мозг такого объема занял бы места побольше, чем Солнечная система. Но хотя это число слегка преувеличено, у нас и впрямь много нейронов: где-то между 80 и 100 млрд клеток с сотней или десятками тысяч связей у каждой. По сути, мозг работает как огромная компьютерная сеть с триллионами взаимосвязанных участков.

Чтобы было с чем сравнить, по отчетам сетевой компании Cisco, в 2013 г. было зарегистрировано около 10 млрд активных связей во всем Интернете[8]8
  http://newsroom.cisco.com/feature-content?type=webcontent&articleId=1208342.


[Закрыть]. Во всем Интернете вплоть до 2020 г. будет не больше 50 млрд связей. Это значит, что ваш мозг почти в 100 000 раз более тесно связан, чем весь Интернет.

Однако, если вы сделаете шаг назад и взглянете на мозг без микроскопа, первое, что вы заметите, – что он очень сморщен. Ткань идет морщинками, как морда шарпея. Это потому, что ему едва хватает места в черепе, чтобы вместить все клетки. И ткань укладывается насколько возможно компактно. Эти горы складок называются извилинами, а их «долины» – бороздами. Наша задача как нейроученых – понять, какие горы позволяют нам видеть лица, какие долины дают нам возможность двигать руками и какой нейронный код способствует общению между извилинами и бороздами.

Атлас мозга

В этой книге мы в основном будем фокусироваться на горах и долинах мозга, а также на удивительно сложных собраниях нейронов (называемых ядрами), погребенными глубоко в мозге. На первый взгляд может показаться, что мозг – лишь набор случайных морщинок и складок, но по правде он очень логично организован. Давайте рассмотрим разные части, которые составляют человеческий мозг.

Наше путешествие по человеческому мозгу начинается с области, уже связанной с зомбизмом. В романе «Аутопсии зомби» (The Zombie Autopsies, 2012) психиатр Стивен Шлозман утверждает, что у ходячих мертвецов мозг разрушен таким образом, что сохранным остается только «крокодилий» мозг, или мозг рептилий.

Что такое крокодилий мозг и чем он отличается от других частей мозга?

Нейроученый Пол Маклин закрепил в науке идею о примитивном мозге рептилий, который сидит в каждом из нас. Эта мысль потом была популяризована Карлом Саганом, который заложил ее в основу книги «Драконы Эдема» (The Dragons of Eden). Теория Маклина заключается в «триединой модели мозга»: автор полагает, что мозг состоит из трех отдельных комплексов (названия пока не важны, и ради цельности изложения мы назовем их комплексами рептилий, палеолитных млекопитающих и новых млекопитающих). Эти анатомические разграничения до сих пор используются.

Пока понятно?

К сожалению, гипотеза Маклина предполагает, что эти три комплекса представляют разные эволюционные стадии (это не так) и что они относительно независимы друг от друга и отвечают за разное «сознание» (пожалуй, нет). Это значит, что у каждого животного должен быть свой тип сознания в зависимости от его эволюционной стадии развития. Хотя эта идея, безусловно, любопытная, современные нейронаучные данные не поддерживают гипотезу, будто обычно в нас соревнуются несколько сознаний, учитывая то, какой объем связей существует между разными областями мозга.

Весь этот разговор к тому, что мы, нейроученые, не любим термин «мозг рептилий», потому что он создает неверное представление о том, как мозг эволюционировал. Тем не менее термин закрепился, и мы саркастически используем его для краткости. Важно заметить, что у рептилий мозг «развит» не меньше, чем у человека. Почему? Потому что все существующие сейчас виды на Земле развивались одинаковое количество времени. Крокодилы и другие рептилии или «менее умные» животные развивались, подвергаясь разным эволюционным воздействиям. Крокодилам не нужно быть настолько умными, чтобы строить мосты или постить остроумные статусы в фейсбуке, потому что это не является необходимым условием для охоты на буйвола или продолжения рода.

Итак, мозг рептилий состоит из нескольких крупных кластеров клеток, называемых ядрами. Самая заметная часть этой сети – ядро под названием миндалина. Миндалины – это области размером с миндальный орех в зоне висков с обеих сторон черепа. Они выполняют далеко не одну функцию и связаны с различным поведением, относящимся к базовому выживанию, включая ответы «бей или беги» и регуляцию эмоций. В глубинах мозга есть еще одна структура, гипоталамус. Это небольшой кластер ядер, который регулирует голод, сон и стресс. Гипоталамус получил свое имя, так как находится под другой структурой, именуемой таламусом. Таламус – главный переключатель мозга, который связан почти с каждой зоной новой коры (мы поговорим об этом ниже) и многими другими структурами под новой корой (называемыми подкорковыми структурами). Наконец, последняя важная часть мозга рептилий состоит из ядер базальных ганглиев. Базальные ганглии – это набор разных ядер, которые связаны с новой корой, словно маленькие вычислительные циклы. Мы обсудим это подробнее в главе 4.

Нейроученые теперь называют зоны, которые составляют мозг рептилий, глубинными мозговыми структурами, чем по сути является все, что не есть новая кора. Мы используем этот термин, потому что большинство этих структур находится в глубине мозга, в отдалении от границ черепа.

Чтобы понять разграничение между глубинными мозговыми структурами и новой корой, нужно узнать чуть больше об анатомии мозга и эволюции. У простейших организмов, например у червей, мозг состоит из спинного мозга, в который поступает сенсорная информация от тела и который управляет движениями, что чуть более сложно, чем рефлексы. Более сложные организмы имеют больше сенсорных способностей: зрение, вкус, слух – и поэтому у них больше нервных структур для обработки этих впечатлений. Наконец, у самых сложных животных есть области мозга, которые вовлечены в когнитивные функции: память, подкрепление, когнитивный контроль, целенаправленное поведение, такое как планирование наперед, например строительство баррикад, чтобы защититься от полчищ живых мертвецов.

Но если честно, даже такая систематизация не на 100 % точна. Поверьте нам, порой очень сложно жить в противоречивом мире ранних научных теорий.

Можно представить каждый из этих уровней сложности, добавляя новые структуры поверх тех, что используются в более простом «древнем» поведении. Вообразите кусок красной глины, раскатанный в трубку. Это спинной мозг, который нужен нам для основных движений, рефлексов, обработки информации о прикосновениях и т. д. Потом прикрепите комок оранжевой глины сверху. Это ствол мозга, он нужен для более сложных движений и базовых жизненных функций, таких как дыхание. Сверху вы прилепляете кусок желтой глины – средний мозг, он участвует в некоторых зрительных процессах, таких как восприятие света и движения. В нем также содержатся дофаминовые нейроны, которые важны при передаче сигнала о движении и подкреплении или о быстром восприятии важных изменений среды. Над этой секцией вы помещаете зеленый шарик таламуса, посредника между сенсорными органами и большой голубой областью, которая появится следом.

Кора (как часто называют новую кору) – это большой голубой кусок глины, который мы помещаем поверх остальных, это на латинском cortex – тоже «кора», или «кожура», ее большинство людей и представляют себе как мозг. Кора – это большая складчатая область мозга с холмами и долинами. Кора есть у всех млекопитающих, она необходима для многих аспектов осознания мира вокруг нас. У рептилий, например крокодилов, вовсе нет этой голубой подушки. Но у них есть спинной мозг, ствол и средний мозг – зоны, критически необходимые для базовых жизненных функций.

Любопытно, что почти каждая мозговая структура дублируется и у нас всего по два: в левой и в правой части мозга. Эта билатеральная организация, как мы ее называем, важна для того, чтобы разные виды поведения происходили параллельно и как бы независимо. Например, я могу целиться ружьем в одного зомби правой рукой, а бейсбольной битой в левой сдерживать другого зомби, нападающего на меня. Для этого левая часть моторной коры моего мозга (область коры, которая управляет движением, мы обсудим ее в главе 3) посылает сигналы в правую руку, чтобы спустить курок и выстрелить из ружья, а правая моторная кора управляет мускулами левой руки так, чтобы сдерживать атакующего зомби[9]9
  Хотя это представляет собой проблему: две моторные коры говорят друг с другом посредством одних и тех же пучков белого вещества, называемых «мозолистое тело». И когда вы размахиваете битой, вы можете шевельнуть и рукой с ружьем, тем самым сдвинув мишень. Мы не советуем этот метод нападения, если у вас есть мозолистое тело.


[Закрыть].

Мы говорим «как бы независимо», потому что я могу намеренно принять решение делать два разных дела двумя руками, но есть много неосознаваемых процессов, о которых мне не нужно беспокоиться (не нужно думать «согни разгибатель пальцев на 45 %, размахнись на 12 кг веса правой косой мышцей живота и ударь на 13 градусов»). Все эти движения от двух разных полушарий мозга происходят благодаря интеграции информации между полушариями, между глубинными структурами мозга и новой корой.

Хотя на первый взгляд глубинные мозговые структуры заняты очень простыми вещами, они, по сути, являются отдельным функционирующим «мозгом». Эти глубинные области могут перерабатывать сложную зрительную информацию и принимать сложные решения без участия новой коры.

Помните сцену из «Парка юрского периода» (режиссер Стивен Спилберг, 1993), когда тираннозавр рекс нападает ночью в дождь на доктора Гранта и детей? Доктор Грант кричит Лекс не двигаться, так как думает, что тираннозавр рекс не заметит ее, если она будет стоять тихо. Грант знает, что тираннозавру рексу как рептилии без коры – куска голубой глины – будет трудно различить сложную картинку из двоих людей у машины в дождь ночью, но ему будет легко заметить изменения в свете или движении. Это потому, что группа нейронов под названием верхнее двухолмие[10]10
  По крайней мере, так они называются у млекопитающих и птиц. Если честно, мы не знаем, как они назывались бы в мозге тираннозавра рекса, потому что ученые никогда не видели его мозг.


[Закрыть] в среднем мозге – в желтом куске глины, которая сидит на спинном мозге и стволе мозга, – хорошо реагирует на движение. Если движения нет, нет и нервного ответа, и зрительного восприятия.

Верхнее двухолмие (или двухолмия, если вы разговариваете о пучках клеток в правой и в левой части мозга) и другие глубинные ядра мозга способны перерабатывать зрительную информацию о движущихся целях и контролировать такие движения, как кусание и хватание, без изощренной сети новой коры. Рептилии вроде тираннозавра рекса – крайне искусные охотники, которые полагаются на нервные сети, похожие на те, что залегают в нашем мозге[11]11
  Заметьте, что есть еще нижние двухолмия, которые являются частью ствола мозга и связаны со слуховой системой, но это к делу не относится.


[Закрыть].

Эволюционное «добавление» частей мозга означает, что спустя миллионы лет меняющихся эволюционных испытаний «древние» части мозга не исчезли, а просто оптимизировались и изменили свои задачи. Теперь вы понимаете, как возникла теория триединого мозга? Есть смысл в идее, что человеческий мозг – просто крокодилий мозг с новой корой сверху. Но, конечно, это не так.

У нас, млекопитающих, есть верхние двухолмия, которые помогают нам обрабатывать зрительную информацию о движении. У нас есть еще «высший уровень» зрительных зон мозга в новой коре, который позволяет нам интегрировать такие низшие характеристики, как движение с другими зрительными характеристиками – цветом и контуром. Но у некоторых млекопитающих верхние двухолмия развиты больше, чем у других. По правде, размер верхних двухолмий относительно размера всего мозга может дать представление о том, является ли млекопитающее хищником (львом, тигром, волком) или добычей (овцой, мышью или коровой).

Почему размер верхних двухолмий может сообщить нам это? Подумайте о том, что важно с эволюционной точки зрения для продолжения рода овец как вида: нужно ли овце различать тонкие детали колебания травы, которую она собирается съесть? Не очень. Но ей нужно знать, не прячется ли в лесу волк, готовый ее растерзать.

То есть мы можем узнать что-то о поведении животного, зная лишь характеристики его мозга. Животные, которым действительно важна зрительная информация о движении, имеют пропорционально большие верхние двухолмия. Животные, которые полагаются на обоняние (запах) как первичное чувство, будут иметь более объемную обонятельную луковицу по сравнению с другими зверями. Это важно для информации о зомби, потому что значит, что мы можем узнавать что-то о мозге существа, наблюдая за поведением.

Крокодилам не нужны изощренные ловушки, чтобы ловить добычу. И зомби тоже. Но людям это важно. Зомби нужно уметь находить и выслеживать добычу (нас) и нападать быстро, без промедлений. Эмоции и мышление, результат которых воплощается в реальность через взаимодействие внешних слоев новой коры и «древних» глубинных мозговых структур, сами усложняют поведение.

Итак, что это за внешние слои новой коры, которые обеспечивают сложность человеческого поведения? Человеческая новая кора обычно разделяется на четыре области, называемые долями. В задней части мозга расположена затылочная доля, которая занимается почти исключительно обработкой зрительной информации. Сразу над затылочной долей находится теменная доля, а сбоку – височная доля. Теменная доля интегрирует информацию от тела и кожи – о прикосновении и температуре – и помогает формировать наше ощущение от пребывания в пространстве, особенно помогает замечать предметы, пока мы движемся в среде. Височная доля под ней содержит нейроны, которые отвечают на рычание зомби и другие звуки, и состоит из зон мозга, участвующих в формировании памяти, распознавании объектов и регуляции эмоциональных ответов.

А в передней части мозга, прямо над глазами, находится лобная доля. Эту область (технически много мелких областей) часто называют престолом человеческого мышления. В задней части лобной доли, прямо на границе с теменной долей, находится моторная кора. Эта часть мозга содержит все нейроны, которые сообщаются со скелетными мышцами, что позволяет нам перемещать наши тела и убегать подальше от всех этих хищных зомби. Остальная часть лобной доли более сложна и менее изучена, но мы знаем, что нейроны в ней помогают направлять наше внимание, запоминать на короткое время, например, сколько раз мы выстрелили из ружья и осталась ли у нас еще пуля.

На очень простом уровне можно представить себе эти зоны новой коры как набор потоков информации, которые берут данные от анализаторов чувств и преобразуют их в моторный ответ. Давайте вообразим, что вы карабкаетесь через забор, чтобы убежать от полчища ходячих мертвецов, которые неловко хватают вас за штанины. Все начинается с трех потоков информации от глаз, ушей и кожи, которые приходят сначала в первичные ассоциативные зоны в затылочную, височную и теменную доли соответственно. Зрительный поток информации начинается на затылке и движется вперед к областям, которые определяют этих существ и ваше отношение к ним. Эта информация интегрируется с потоком данных от слуховой коры (рычание) и соматосенсорной коры (вы чувствуете, как их ногти царапают ваши лодыжки). Вместе эти потоки информации подтверждают, что это прожорливые зомби хватают вас, а не, скажем, пушистый котенок-царапка.

Эти объединенные потоки информации движутся вперед к лобной доле. В ней отслеживается вся входящая информация, вырабатывается несколько возможных действий: «продолжать карабкаться», «ударить этому ходоку в рожу», «сдаться» – и вы решаете, какое из действий лучше (то есть «ударить в рожу»). Через петли к некоторым глубинным структурам мозга лобная кора запускает последовательность событий, необходимых для осуществления действий, и информация движется от переднелобных зон к моторной коре прямо в центре новой коры. Там моторная кора работает с другими глубинными структурами мозга, чтобы скоординировать ваши мышцы и совершить необходимый пинок. Так три разных потока сенсорной информации объединяются в одну реку информации, которая приводит к скоординированному защитному действию.

Теперь, говоря о памяти и эмоциях как отдельных частях мыслительного процесса, заметим, что человеческое мышление не так просто описать. Экспериментально мы знаем, что сильные эмоции или напряженное мышление могут замедлить другие ответы. Возможно, вы переживали это, когда «слишком много» думали над проблемой. Вложите слишком много усилий в размышления о том, что вы делаете, и ваша деятельность слегка ухудшится. Но, возможно, ваша способность бросать шар в боулинге, метать дротики или играть в бильярд улучшается, когда вы успокаиваете этот внутренний голос, скажем, бокалом или двумя пива. Например, комикс для ботаников XKCD (https://xkcd.com/323/) предложил идею «Балмеровского пика» – мощного улучшения способности программировать после нескольких бокалов выпивки, хотя слишком много выпивки ведет к очень быстрой потере этой продуктивности (Jarosz et al., 2012). Похожим образом, если вы теряете самообладание и пугаетесь приближения зомби, ваши руки будут дрожать и ваша способность принимать решения будет сильно нарушена.

Учитывая, что слишком много раздумий могут нас замедлить и спустить на тормоза наши поведенческие импульсы, что это значит для мозгов живых мертвецов? Наша новая кора из голубой глины дает нам способность анализировать сложные задачи, учитывать наши действия в широком социальном контексте, испытывать сочувствие к нашим товарищам-людям, размышлять об успехах и неудачах и использовать прошлый опыт, чтобы воображать будущие последствия и предвидеть случайности. Как вы думаете, размышляет ли обо всем этом крокодил, когда охотится? А насколько это нужно зомби?