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

Сны как проигрывание дня

Что происходит, когда мы наконец засыпаем? Пока мы говорили о сне как о «выключенном» состоянии. Но в этом «выключенном» состоянии мозг делает невероятно сложные вещи.

Возможно, вы слышали, что в какой-то момент во сне мы вступаем в фазу сна с быстрым движением глаз (rapid eye movement, REM). Во время быстрого сна части системы возбуждения слегка просыпаются. Активность новой коры возрастает, и нейроны в покрышке среднего мозга, части среднего мозга, который также входит в РАС, тоже начинают работать больше. Однако в отличие от состояния, когда мы бодрствуем, клетки, которые отвечают за сон в ВЛПО, и клетки, которые парализуют периферические мышцы, остаются активны, и мозг пребывает в квазибодрствовании, но больше во сне. Именно в этом состоянии сновидений происходит что-то очень странное в части мозга, которая в течение дня кодирует воспоминания событий, называемые эпизодическими воспоминаниями.

Глубоко в мозге есть маленькая область в форме морского конька – гиппокамп. Мы поговорим об этой структуре и его связи с памятью позже (в главе 10). Обычно гиппокамп считают ответственным за консолидацию кратковременных воспоминаний в долговременную память. И все же гиппокамп еще играет важную роль в ориентировании в пространстве (способность использовать ориентиры, чтобы понять, как добраться из пункта А в пункт Б). Мы пока предполагаем, что гиппокамп делает это, создавая маленькую внутреннюю карту среды, в которой мы движемся.

Если вы изучите электрическую активность гиппокампа, вы найдете набор клеток, обладающих поразительным качеством. Эти нейроны, называемые нейронами места, «стреляют», когда вы находитесь в определенной части пространства.

Обычно в этот момент студенты-нейропсихологи восклицают: «Погодите… что?..»

Возможно, проще будет понять это с примером. Представьте, что вы только что вошли в ванную, которую считали пустой, и обнаружили в одном ее углу хищного зомби, а в другом – мощный топор. Как только вы пересекаете дверной проем, несколько нейронов места в гиппокампе начинают «стрелять», сообщая мозгу: «Мы переместились в центральную часть комнаты». Когда вы перебегаете на другую сторону ванной, где лежит топор, «выстреливают» разные наборы клеток, чувствительные к вашему положению в комнате. Есть клетки, которые «стреляют», когда вы обходите опрокинутое ведро, другие – когда перепрыгиваете через лужу воды из сломанного унитаза, и еще один набор «выстреливает», когда вы добираетесь до угла с топором.

Вы, возможно, спрашиваете, с чего бы гиппокампу беспокоиться о том, где именно в комнате вы находитесь: разве мы не сказали, что гиппокамп – это структура мозга, которая отвечает за воспоминания? Отличный вопрос от очень наблюдательного читателя! Последовательность, в которой нейроны места «выстреливают», то есть в каком порядке, обеспечивает вашему мозгу небольшую историю движений в среде вроде маленького следящего устройства на карте в видеоигре, показывающего, где вы были. Чем больше вы исследуете комнату, тем точнее гиппокамп создает «моментальный снимок» вашего опыта перемещения в комнате. Это дает вам лучшее ощущение пространства, понимание, как двигаться в нем в другой раз, когда вы окажетесь там (предположим, что вы переживете это тесное туалетное сближение с живым мертвецом).

Какое отношение это имеет ко сну? Во время глубокой (хотя и не самой глубокой) фазы сна ваш мозг повторит эти последовательности активности нейронов места как способ воспроизвести тот опыт, который был у вас в течение дня. Ученые в середине 90-х гг. XX века обнаружили это, сравнивая активность нейронов места у крыс в период бодрствования и сна. Они выяснили, что активность клеток, которая была записана у крыс, исследующих свои жилища, повторялась потом в той же последовательности, когда грызуны спали.

Допустим, вы как-то умудрились выжить в вашем небольшом столкновении с зомби и оказались достаточно удачливы, чтобы прикорнуть позже. Пока вы спите, нейроны в гиппокампе повторят ваши движения в зараженной зомби ванной, по-видимому, чтобы консолидировать ваши воспоминания о среде – в следующий раз вы будете готовы, когда зайдете в эту злополучную комнату. Эта консолидация памяти во время сна – критически необходимая часть нормального функционирования памяти. Без сна трудно кодировать воспоминания, зависимые от гиппокампа (подробнее на эту тему мы поговорим потом).

Важность быстрого переключения

В большинстве случаев переход между бодрствованием и сном внезапный и окончательный. Эта внезапность между возбуждением и сном крайне важна. Представьте, что вместо того, чтобы уснуть сразу, разные части вашего мозга засыпали бы в разное время. Скажем, моторная кора решает прикорнуть, но зрительная кора остается бодрствовать. Это было бы весьма странно, верно? С точки зрения эволюции для нас лучше быть либо полностью «включенными» либо полностью «выключенными» на продолжительное время, вместо того чтобы постоянно бродить вокруг в полусонном ступоре. Те первые несколько минут рано утром, когда вы ковыляете в ванную, проснувшись, достаточно неприятны; представьте, как плохо было бы, если бы это длилось несколько часов. Все было бы еще хуже в этом состоянии, живи вы, скажем, в зомби-апокалипсисе.

Поразительно, но не все животные спят как мы. Например, живущие в воде млекопитающие или китообразные (включая дельфинов и китов) никогда «полностью» не засыпают. Вместо этого они «отдыхают» половинками мозга. Но для них это важно, потому что они постоянно выныривают на поверхность, чтобы дышать, а если бы они полностью засыпали на долгое время, они бы тонули.

Но порой «переключатель» мозга ломается. Иногда переход происходит слишком медленно. Порой нейроны, которые удерживают вас без движения, работают неправильно. В этих случаях вы можете быстро заснуть, но все еще бродить вокруг. Попросту мы называем это снохождением, а по-научному это сомнамбулизм (что в переводе с латинского означает «снохождение»). Сомнамбулы (люди, страдающие сомнамбулизмом) делают поразительно сложные вещи, например выходят из дома и забираются на дерево, все это время не имея произвольного контроля над своими действиями, – и абсолютно не помнят об этом позже.

С точки зрения неврологии мы до сих пор точно не знаем, как возникает сомнамбулизм, но наша интуиция подсказывает, что это дисбаланс между отвечающими за сон и пробуждение глубинными системами, который проявляется в промежуточном состоянии между бодрствованием и сном. Глубинные структуры ствола мозга, скорее всего, получают конфликтующие сигналы, говорящие новой коре «ускориться» или «замедлиться», и в этой битве за сознание не оказывается ни проигравших, ни победителей. Это значит, что части мозга бодрствуют, и это в основном более древние структуры под новой корой, которые могут работать без нее. Другие части, включая большую часть новой коры (но не только ее), пребывают во сне. Это словно два мозга, более глубокий древний и более молодая новая кора, которые работают друг против друга, а не вместе, как целостный мозг.

Именно это и есть хаотически разбалансированное состояние, которое провоцирует изначальный вопрос: «В сознании ли зомби?»

Вспомните первую встречу Барбары с ходячим мертвецом. Чудовище ковыляло, словно действовало по импульсу, без воли. Кроме того, его движения и реакции были весьма замедленными, словно оно спало на ходу.

Можем ли мы сказать, что этот зомби или любой другой зомби обязательно находится в сознании? Ну, если под сознанием мы понимаем упражнение свободной воли, то нет, не можем; эти понятия за пределами возможностей измерения современной нейронауки. Однако, если под сознанием мы понимаем бодрствование и осознание окружающей среды, нейронаука может сделать некоторые догадки.

Есть три основных симптома, которые мы наблюдаем у современных зомби и которые заставляют нас думать, что у них неправильно функционируют глубинные мозговые системы, регулирующие сон. Во-первых, зомби никогда не появляются спящими. Они могут день и ночь без отдыха бродить вокруг в поисках добычи. Эта экстремальная форма бессонницы предполагает, что ретикулярная активирующая система хронически задействована и никогда не выключается. Примерно это мы видим у животных с локальными повреждениями мозга в зоне отвечающих за сон нейронов ВЛПО.

Во-вторых, хотя зомби достаточно бодрствуют, чтобы бродить вокруг и действовать, им не хватает определенных форм сознания, которые показали бы, что они бодрствуют полностью. Вместо этого они движутся словно в состоянии оглушения, медленно, – мы все переживаем это в пороговые моменты между бодрствованием и сном. То есть похоже, что нейроны, отвечающие за сон, все-таки действуют у них в глубинных структурах мозга. Сначала это кажется нелогичным, учитывая симптом бессонницы… но вспомните – переключения между бодрствованием и сном обычно происходят быстро, каскадом. Если же переключения не следуют быстро одно за другим, то мы получаем расстройство сна вроде сомнамбулизма.

В-третьих, зомби выглядят так, словно им крайне не хватает пространственных, опытных переживаний, которые кодируются в гиппокампе. Они легко теряются, даже в помещениях, в которых находились несколько недель. Мы знаем, что создание этой формы памяти – процесс, зависимый от сна. Это подтверждает гипотезу, что зомби не имеют четко оформленных циклов сна.

Но значит ли это, что зомби не снятся сны? Не обязательно. У надолго лишенных сна людей наблюдаются быстрые вспышки нейронной активности фазы быстрого сна, даже когда они бодрствуют. Словно часть мозга кратко переживает быстрый сон, пока остальная часть мозга бодрствует. Итак, все-таки возможно, что зомби снятся сны, хоть они никогда не спят по-настоящему.

Другой симптом хронической депривации сна, а конкретно депривации быстрой фазы сна, – это увеличение психиатрического бреда. Несмотря на случаи отдельных людей, которым не требовалось много сна, чтобы нормально действовать, уже известно, что нехватка сна ведет к иллюзиям, проблемам внимания и бредовым мыслительным процессам. Возможно, хотя бы некоторые бредовые аспекты зомбизма могут быть объяснены крайней депривацией сна, которая возникает как часть этого расстройства.

Подводя итоги, скажем, что наша гипотеза заключается в том, что зомби навечно застряли на границе между сном и бодрствованием. Скорее всего, это состояние вызвано одновременной повышенной активностью клеток, отвечающих за сон в ВЛПО в глубинных структурах мозга, и клеток, отвечающих за пробуждение в ретикулярной активирующей системе. Неспособные полностью заснуть и никогда не пребывающие в полном бодрствовании, зомби заперты в состоянии дефицита сознания, который в целом приводит к замедленной нервной активности.

Источники и дополнительное чтение

Davis W. The serpent and the rainbow. – N.Y.: Simon & Schuster, 1997.

Economo J. von. Baron Constantin Von Economo: His life and work. – Von Wagner-Jauregg Kessinger Publishing, 2010.

Koch C., Crick F. The zombie within // Nature, 2001, 411, 893.

Narahashi T. Tetrodoxin: A brief history. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences, 2008, 84 (5), 147–154.

Okawa M., Uchiyama M. Circadian rhythm sleep disorders: Characteristics and entrainment pathology in delayed sleep phase and non-24 sleep-wake syndrome // Sleep Medicine Reviews, 2007, 11 (6), 485–496.

Rattenborg N.C., Amlaner C.J., Lima S.L. Behavioral, neurophysiological and evolutionary perspectives on unihemispheric sleep // Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2000, 24 (8), 817–842.

Saper C.B. The central circadian timing system // Current Opinion in Neurobiology, 2013, 23 (5), 747–751.

Saper C.B., Chou T.C., Scammell T.E. The sleep switch: Hypothalamic control of sleep and wakefulness // Trends in Neurosciences, 2001, 24 (12), 726–731.

Sheldon S.H., Spire J.P., Levy H.B. Anatomy of sleep // Pediatric Sleep Medicine, 1992, 37–45.

Skaggs W.E., McNaughton B.L. Replay of neuronal firing sequences in rat hippocampus during sleep following spatial experience // Science, 1996, 271 (5257), 1870–1873.

Sterman M.B., Clemente C.D. Forebrain inhibitory mechanisms: Sleep patterns induced by basal forebrain stimulation in the behaving cat // Experimental Neurology, 1962, 6 (2), 103–117.

Tononi G. An information integration theory of consciousness // BMC Neuroscience, 2004, 5 (1), 42.

3. Нервные корреляты неуклюжести

Рука, мышцы которой искалечены, не способна делать никакую работу; движущая сила мышцы должна действовать в ней, и она должна подчиняться нервам, которые получают приказы от мозга. Тогда рука способна к самым разнообразным движениям; она может подчинять себе самые разнообразные инструменты и выполнять самые разнородные задачи.

Герман фон Гельмгольц. О сохранении силы

В фильме «Рассвет мертвецов» (1978) есть сцена, когда анархисты-мародеры врываются в торговый центр, который главные герои обезопасили для себя, живя в нем несколько недель. Вторжение позволяет орде зомби, собравшейся снаружи, свободно зайти в здание. Люди быстро снуют в нем, занятые своими делами, пока зомби пробираются медленно и неуклюже. Люди легко разделываются с зомби-одиночками, потому что живые мертвецы слишком медлительны и не представляют собой угрозы, только если не превосходят людей численностью.

Медленные и нескоординированные движения зомби – возможно, самая яркая черта их поведения (после кусания и поедания плоти, конечно). Попросите любого изобразить зомби, и первое, что человек сделает, – вытянет руки, расставит пошире ноги, напряжет их и издаст низкий гортанный стон. Всё потому, что в фильмах, как только зомби поднимаются из могил, они начинают ходить. Ну, не ходить… а, скорее, ковылять. Каждый шаг их медлителен и труден. Их походка широкая и одеревенелая. Это дает нам очень важную подсказку о том, что случилось с их мозгом.

Итак, что нужно, чтобы превратить обычные плавные, быстрые, скоординированные движения здорового человека в традиционное ковыляние зомби? Для начала давайте рассмотрим структуры мозга, в которых зарождаются движения.

Движение – жизнь

В то время как так называемые высшие когнитивные функции (то есть мышление) стяжают себе всю славу в нейронауке, мозг, прежде чем начал управлять мышлением, управлял движением. По правде, некоторые ученые утверждают, что мы в принципе получили мозг для того, чтобы передвигаться в среде.

Логика этого утверждения проистекает из наблюдений за мелким морским существом под названием асцидия, или морская прыскалка. Серьезно, ее так и зовут. Асцидия – маленькое и древнее животное, относящееся к типу хордовых (когда ученые говорят «древнее», имеется в виду, что жизнь его практически не менялась миллионы лет). На заре жизни асцидия – мелкая личинка, у которой есть очень примитивный мозг и сенсорные органы. Ее цель в личиночной стадии развития – плавать и искать скалу, на которой можно укорениться. Когда она находит подходящий дом, например уютную надежную скалу, мимо которой проплывает много органической пищи, асцидия прикрепляется хвостом к камню. Потом она просто сидит на нем и ловит проплывающую еду. Когда асцидия взрослеет и превращается во взрослую особь, она делает нечто очень странное: съедает собственный мозг.

Биологи и нейроученые утверждают, что это эволюционно оправданно. Видите ли, мозг дорого обходится с точки зрения метаболизма. Он потребляет много энергии, а энергию (пищу) довольно сложно найти, когда ты всего лишь трубочка со ртом на камне. И когда больше не требуется метаболически затратного органа вроде мозга, от него лучше избавиться. Итак, более не имея нужды передвигаться в среде, асцидия просто теряет потребность в мозге и разделывается с ним. Но в природе мотовство до нужды доведет. И асцидия переваривает собственный мозг.

К счастью для нас, мы, люди, – не просто трубочки со ртами, прилипшие к скалам. Нам нужно двигаться. Мы не можем просто сидеть и переваривать свой мозг, потому что еда не приходит к нам сама[18]18
  Доставка не в счет.


[Закрыть]. Нет, нам надо выходить и находить еду, даже если для этого приходится просто доехать до местной сети фастфуда в своем квартале. Это значит, что нам нужно сохранять мозг, так как для мозга движение – жизнь.

К сожалению, то же верно и для зомби. Так как люди редко сами бегут к зомби, ходячие мертвецы должны прийти к источнику пищи. То есть зомби тоже нужен мозг. Ну, хотя бы часть мозга.

Если мы допустим, что первичная функция мозга – позволять нам перемещаться в пространстве, неудивительно, что большая часть нервной ткани предназначена для планирования и исполнения действий. По сути, обработка информации, необходимая просто для передвижения в среде, распределена между широкими областями коры и подкорки. Давайте пройдемся по совокупности систем мозга, отвечающих за движение.

Корковые пути

Большинство произвольных движений начинаются в новой коре, в двух из четырех главных долей: лобной и теменной. Нейроны в теменной доле, которые в основном отвечают за осознание пространства, и нейроны в лобной доле, которые контролируют принятие решений, постоянно переговариваются друг с другом, какое действие выполнить следующим. Мы можем вообразить такой диалог:

ТЕМЕННАЯ ДОЛЯ: Эй, на 30 градусов слева – вкусный кусочек брокколи.

ЛОБНАЯ ДОЛЯ: Брокколи? Да ну! Я хочу что-нибудь повкусней.

ТЕМЕННАЯ ДОЛЯ (вздох): Ладно, как насчет пончика на 10 градусов справа?

ЛОБНАЯ ДОЛЯ: Вот это другой разговор. Эй, правая рука! Внимание, правая рука! Подготовьте трицепсы, дельтовидную мышцу и мышцы руки к действию. Сейчас мы его схватим.

МОТОРНАЯ КОРА: Есть, госпожа Лобная Доля!

В этой маленькой глупой сценке теменная доля сообщает, где находятся предметы, а лобная решает, что делать[19]19
  Держите в уме, что насчет многих отношений «мозг – поведение», которые мы упоминаем в книге, нейронаука не уверена на 100 %, что «делают» зоны мозга. Когда мы говорим, что лобная доля решает, а теменная доля определяет пространство, мы упрощаем очень сложную проблему.


[Закрыть]. Потом моторные зоны в задней части лобной доли осуществляют движение.

В противоположность тому, что вы могли слышать, не существует единой моторной коры. По сути, есть несколько «моторных» зон, которые распределены по лобной доле и обеспечивают основу для планирования движений. Можете представить их как среднее звено менеджеров двигательного планирования. Они воспринимают решения, передаваемые передними областями лобной коры, и превращают их в планы, которые умеют выполнять мышцы рук, ног и других частей тела. Что не так просто, как кажется.

Давайте представим следующий сценарий: вы – зомби, сидящий очень терпеливо на диагностическом столе, и ваша рука покоится на вашем же отвратительном высохшем колене. Занудные ученые в нелепых белых халатах кладут прямо перед вами аппетитный кусок человеческой плоти. То, что осталось от ваших лобных долей, немедленно среагирует: «СХВАТИТЬ ЭТО!» – ведь это же бесплатная еда.

Однако, прежде чем вы схватите лакомый кусок мяса, области двигательного планирования в вашем мозге, называемые премоторной зоной, должны решить, как снять руку с колена и поднести ее к вкусной плоти. Теперь поймите, что, пока вы смотрите на вожделенное лакомство, процесс снятия руки с колена и поднесения ее к мясу очень сложен. Каким-то образом мозг должен карту мира, которая проецируется в глазные яблоки, преобразовать в план сокращения мышц, использующих кости в качестве рычагов, подобно тому как кукловод должен скоординировать натяжение нитей марионетки, чтобы заставить ее танцевать. Только сейчас кукловод – это ваш мозг.

Чтобы прочувствовать, насколько это сложно, отвлекитесь на минутку и попробуйте сделать вот что. Словами опишите пошаговый процесс всего, что происходит в ваших руках, в каждой мышце и в каждом суставе, когда вы тянетесь за чашкой кофе, или что там стоит перед вами. Какие мышцы срабатывают первыми? Когда начинают работать трицепсы относительно того, как сокращаются дельтовидная и трапециевидная мышцы, когда вы поднимаете руку? Когда вы расслабляете лучевой сгибатель запястья и начинаете сокращать лучевой разгибатель запястья, разгибатель пальцев и короткую мышцу, отводящую большой палец руки, чтобы раскрыть саму руку и приготовиться схватить предмет? Какие мышцы должны работать вместе, скоординированно, чтобы двигать плечом и запястьем одновременно? С ума сойти можно, верно?

Процесс перевода с языка глаз на язык мышц и суставов – это именно то, подо что заточены премоторные зоны мозга, которые работают вместе с теменными долями, и они делают это постоянно и безошибочно. Что мы пытаемся сказать: если вы порой размахиваетесь в бейсболе (или по черепу зомби) и промахиваетесь – это нормально, потому что удар по мячу (или по голове зомби) бейсбольной битой – очень, очень трудная задача.

Когда премоторные зоны сделали тщательные подсчеты, они отправляют команды в первичную моторную кору. Это маленькая полоска ткани прямо в центре мозга. Первичная моторная кора посылает прямые сигналы в мышцы и заставляет их сокращаться или расслабляться[20]20
  Фактически первичная моторная кора посылает только половину проекций, которые идут от мозга к мышцам. Другая половина приходит от других премоторных зон планирования.


[Закрыть]. По правде, самые длинные нервные волокна в вашем теле – это аксоны, которые проходят из первичной моторной коры в спинной мозг. Некоторые из этих клеток длятся от макушки до нижней части спины. Эти нейроны говорят с другими клетками в спинном мозге (моторными нейронами), которые стимулируют сами мышцы. Задача первичной моторной коры – быть кукловодом и контролировать сокращение мышц, чтобы вы могли двигаться плавно и скоординированно.

Возвращаясь к вам в образе зомби в исследовании, первичная моторная кора в итоге заставляет ваши мышцы сокращаться, и вы кривой рукой неуклюже хватаете сырую плоть перед вами.