Почему нужно изучать мозг?

Человеческий мозг — это, быть может, самая сложная из живых структур во Вселенной. Если вы сомневаетесь в этом, представьте на минуту, что ваш мозг битком набит миллиардами нервных клеток, каждая из которых — это как бы передающее устройство, соединенное многими милями живых проводов с тысячами заранее определенных слушателей. Мы называем весь этот комплекс структур нервной системой. Ученые, целиком посвятившие себя познанию того, как «работает» мозг (независимо от того, что подразумевается под словом «работает»), считают, что они сталкиваются здесь с наиболее трудным вопросом: почему и как люди делают то, что они делают?

За последние двадцать лет изучение организации и деятельности мозга продвигалось ускоренными темпами. В прошедшее десятилетие удалось найти методы, с помощью которых можно выявлять взаимоотношения между различными частями этого органа. Начали выясняться и некоторые из главных механизмов, регулирующих активность мыслящего мозга. Поскольку в таких исследованиях участвовало множество ученых, исходивших из сходных концепций, результаты каждого из них оказывались полезными и для других, и это обеспечивало быстрый прогресс.

Достигнутые успехи в понимании структуры и функции мозга означают, что некоторые из сложных мозговых функций, например память, сегодня можно изучать способами, прежде недоступными. Теперь исследователь не просто выясняет, насколько хорошо запоминает что-либо человек или подопытное животное, но может изучать специфические изменения в работе нервных клеток мозга, происходящие в процессе «запоминания». Подобные достижения позволили некоторым ученым прийти к выводу, что мы начинаем проникать в извечную тайну, связанную с понятием «мышление» или «разум». Однако ни одну из «мыслительных» операций, которую мы приписываем «разуму», до сих пор не удалось прямо связать с какой-то специфической частью мозга. Поэтому рассуждения о физических основах мышления сохраняют выраженный философский оттенок. Мы, возможно, и начинаем видеть, как некоторые мозговые структуры, реагирующие на сигналы из внешнего мира, могут возбуждать в бесчисленных нервных сетях мозга процессы, запускающие ту или иную форму поведения. Но как от этого перепрыгнуть к пониманию процессов, обусловливающих мыслительные акты — например, решение в уме математической или вербальной задачи, сочинение стихов, изобретение мышеловки улучшенной конструкции или то внезапное «ага!», когда мы вдруг начинаем разгадывать смысл поведения друга или постигать теорию относительности?

Рис. 1. Представления об организме и мозге менялись, по мере того как ученые овладевали новыми методами исследования. В 1543 г. Андрей Везалий произвел революцию в анатомии, опубликовав труд «De Humani Corporis Fabrica» («О строении человеческого тела») с иллюстрациями художников из мастерской Тициана, которые для своих рисунков использовали в качестве натуры головы казненных преступников (вверху). Обобщенное компьютерное изображение нормального мозга (внизу), полученное в лаборатории Роберта Б. Ливингстона из Калифорнийского университета в Сан-Диего, основано на серии изображений последовательных срезов мозга, разделенных правильными интервалами и заложенных в память компьютера, а затем воспроизведенных в виде трехмерной картины.

 

Исследование мыслительных актов и вообще всего нашего внутреннего мира исторически было отделено от изучения устройства мозга и поведения животных. «Сознание» оставалось прибежищем абстрактного и субъективного, включающим в зависимости от убеждений «личность», самосознание, душу. По мнению некоторых, отсутствие физической основы для созерцательной деятельности означает, что сознательный опыт может существовать отдельно от мозга. Они считают, что мир внутренних переживаний существует независимо от мозга и не связан с ним как с физическим субстратом. По мнению других, любой законченный анализ психических функций должен базироваться на научном исследовании мозга.

«Мышление» — это сложный и щекотливый предмет. Параллельно с приобретением знаний о физических свойствах мозга и его функциональных элементах вам, возможно, придется пересмотреть свое мнение о мыслительном процессе. А пока, может быть, лучше всего помнить о том, что разум (как бы мы ни объясняли этот термин) лучше всего функционирует тогда, когда он действует открыто.

Все это, возможно, и вызовет живой интерес у клиницистов, исследователей, философов. А у просто любознательных читателей вроде вас? Даже самый поверхностный взгляд на науку о мозге поможет вам лучше понять некоторые факторы, которые делают вас уникальной личностью. Вы всю жизнь пользуетесь мозгом, ничего или почти ничего не зная о нем. На крайний случай некоторое понимание того, что происходит внутри вашего мозга, позволит вам делать то, что вы делаете, с большим осознанием роли этого удивительного аппарата. Эта книга не учебник, но она должна помочь вам в изучении предмета, который с этих пор, возможно, начнет вызывать у вас живой интерес.

Что делает мозг?

На минуту приостановите чтение и составьте список действий, контролируемых вашим мозгом в данный момент. Лучше запишите их на листе бумаги, так как запоминание длинного перечня — не из тех процедур, которые наш мозг выполняет с легкостью. Когда вы закончите работу, сверьте результаты с таблицей 1.1.

Таблица 1.1. Некоторые действия, контролируемые мозгом

Взаимодействия с окружающей средой	Действия, контролирующие функции организма	Умственная деятельность
Зрение	Дыхание	Обучение
Слух	Регулирование кровяного давления и температуры	Письмо
Тактильные ощущения	Регулировка положения тела	Рисование
Обоняние	Регулирование движений, например локомоции	Чтение
Вкус	Регуляция рефлексов, например моргания	Созидание
Речь	Еда	Анализирование
	Питье	Решение
	Регуляция гормонального статуса	Вычисление
		Воображение
		Сосредоточение
		Игнорирование
		Чувствование
		Сон
		Сновидения

Конечно, в данный момент самое важное мыслительное действие — это чтение. Его можно разложить на несколько сложных подчиненных действий: восприятие знаков на странице, соединение этих знаков в слова, понимание смысла отдельных слов и интеграция их значений в связные мысли. Концентрируя внимание на книге, вы более или менее отвлекаетесь от посторонних шумов — перешептывания окружающих людей, шагов, звуков проходящих машин, тиканья часов. Вы не становитесь на время глухим. Просто, не думая об этом, вы как бы уничтожаете все посторонние шумы, сосредоточиваясь на чем-то другом. Вы игнорируете также большое количество информации, поступающей и проходящей по другим сенсорным каналам: вы можете, например, не замечать, где находятся ваши руки и ноги и как вы, не задумываясь, изменили положение тела; каково расположение вещей в комнате; время суток; относительное положение того места, где вы сейчас находитесь, и того, где вы живете, и т.д. Ваш мозг постоянно контролирует всю эту информацию, обновляя ее по мере того, как солнце выходит из-за облаков или скрывается за ними, и он ждет лишь момента, когда ваше внимание наконец переключится на что-то новое.

Закончен ли ваш список? В действительности он только-только начат. Ваш мозг выполняет бесчисленное множество действий, еще меньше зависящих от вашего активного сознания. Мозг аккуратно контролирует дыхание, чтобы поддерживать нужное содержание кислорода в крови, а также кровяное давление, чтобы свежая, насыщенная кислородом кровь поступала к голове. Мозг регулирует и почти все другие вегетативные функции вашего тела, от концентрации питательных веществ в крови (их нехватка служит одним из сигналов для повторного принятия пищи) до температуры тела, количества воды, необходимого организму для сохранения водного баланса, и гормонального статуса, от которого зависит, растут у вас бакенбарды или нет. Мозг активно выполняет эти и многие другие обязанности, сохраняя в то же время энергию для осуществления специальных планов, которые он всегда держит наготове для экстренных случаев. Если вспыхнет пожар, ваш мозг позволит вам вскочить на ноги, схватить ребенка или собаку, броситься к двери (расположение которой вновь стало объектом вашего активного осознания) и убежать, поддерживая при этом цифры кровяного давления и насыщения крови кислородом в пределах приемлемых величин.

Давайте посмотрим, как работает умный мозг.

- Брачные узы полезны вам, — заметил он. — Я полагаю, Уотсон, что вы набрали семь с половиной фунтов с тех пор, как я вас видел в последний раз.

- Семь! — ответил я.

- В самом деле? Мне показалось, что больше. Я думаю, чуть-чуть побольше, Уотсон. И снова, как я вижу, занялись практикой. Вы не говорили мне, что намереваетесь тянуть лямку.

- Тогда как же вы об этом узнали?

- Я наблюдаю и делаю выводы. Как я узнал, что недавно вы промокли до нитки и что у вас самая неряшливая и нерадивая из всех служанок?

- Мой дорогой Холмс, — сказал я, — это уж слишком. Вас наверняка бы сожгли, если бы вы жили несколько веков назад. Это верно, что в четверг я ездил за город и вернулся домой в ужасном виде; но поскольку я сменил одежду, не могу представить себе, как вы об этом догадались. Что касается Мэри Джейн, то она неисправима, и моя жена уже предупредила ее об увольнении, но опять-таки я не могу понять, как вы пришли к этому выводу.

Он хмыкнул про себя и потер друг о друга свои длинные нервные руки.

- Это проще простого, — ответил он. — Я вижу на внутренней стороне вашего левого ботинка, как раз в том месте, куда падает сейчас свет от камина, параллельные царапины. Очевидно, они возникли от того, что кто-то весьма небрежно соскребал грязь, засохшую по краям подошвы. Отсюда я делаю двойной вывод, что вы гуляли в плохую погоду и что у вас в доме служит самый злостный из всех лондонских кромсальщиков обуви. Что же до вашей практики, то если в комнату входит джентльмен, от которого пахнет йодоформом, с темным пятном ляписа на правом указательном пальце, а бугор на правой стороне его котелка выдает, где он прячет стетоскоп, то нужно быть действительно очень тупым, чтобы не признать в нем активного представителя медицинской профессии.

Меня не могла не рассмешить та легкость, с которой он объяснил процесс дедукции.

- Когда я слушаю ваши рассуждения, — заметил я, — они кажутся мне до смешного простыми и мне представляется, что я легко мог бы и сам прийти к подобным выводам. Однако каждый новый случай вашего анализа ставит меня в тупик, пока вы не объясните весь ход ваших мыслей. И все-таки я считаю, что мои глаза ничуть не хуже ваших.

- Конечно, — ответил он, — Но вы смотрите и не видите. Разница очевидна.

Как всегда, Шерлок Холмс демонстрирует силу опытного глаза и аналитического ума. Ваш мозг обладает такими же способностями, но вы, возможно, еще не научились переходить от стадии «смотрения» к стадии наблюдения и анализа. Наше научное изучение мозга потребует от вас таких усилий. Давайте же посмотрим, какие выводы мы можем сделать из некоторых собранных нами фактов.

Рис. 2. Зрительная система. Показаны связи, идущие от первичных рецепторов сетчатки через передаточные ядра таламуса и гипоталамуса к первичной зрительной зоне коры.

Рис. 3. Слуховая система. Показаны связи, идущие от первичных рецепторов улитки через таламус к первичной слуховой зоне коры.

 

Если вы еще раз обратитесь к перечню видов деятельности, приписываемых мозгу, то увидите, что их можно разделить на пять основных категорий: ощущение, управление движениями, внутренняя регуляция, активность, направленная на продолжение рода, и адаптация к окружающей среде.

Ощущение

Пять основных чувств, с помощью которых мы воспринимаем внешний мир, — это зрение, слух, вкус, обоняние и осязание (тактильные ощущения) (см. рис. 2 — 6). Для каждого из этих чувств имеются свои особые органы и особые отделы нервной системы, по которым передается информация.

Есть еще одно чувство, которое почти никогда не фигурирует в таких списках — отчасти потому, что его орган находится внутри, а не снаружи, но в основном потому, что с ним редко происходят неполадки. В боковом участке черепа в глубине кости чуть пониже уха лежит так называемый вестибулярный аппарат (см. рис. 7). Он ответствен за чувство равновесия, которым мы пользуемся, чтобы контролировать движения головы и тела и ориентироваться в пространстве.

Движение

Тело имеет в своем распоряжении два различных типа движений: произвольные, т.е. те, которыми можно управлять по желанию, и непроизвольные, которые такому управлению не поддаются (см. рис. 8). Произвольными являются движения конечностей, корпуса, шеи, лица, глаз, губ или языка. Непроизвольные движения обычно ограничиваются мышцами, находящимися внутри тела, такими, как мускулатура сердца и пищеварительного тракта. Вы можете наблюдать непроизвольное действие подобных мышц, если войдете в слабо освещенную комнату и, глядя в зеркало на свои зрачки, включите свет. Ваш зрачок почти тотчас же сузится, так как нервная система защищает светочувствительные клетки сетчатки от избытка света. Гусиная кожа, которая появляется на теле, когда вы замерзли или взволнованы, — тоже следствие непроизвольных мышечных реакций. Нервы возбуждают крошечные мышцы, прикрепленные к волоскам на коже, и заставляют их подняться дыбом.

Внутренняя регуляция

Точное регулирование работы ваших внутренних органов зависит от активного надзора за ними со стороны нервной системы. Лишь иногда состояние этих органов становится предметом вашего внимания. И если это происходит (например, во время контрольной в классе стоит тишина, а у вас громко урчит в желудке), вы практически ничего не можете с этим поделать. Вы почти никогда не задумываетесь над регулированием температуры тела, а между тем она остается весьма постоянной, несмотря на различия в уровне вашей активности. Если вы осознаёте необходимость что-то предпринять для защиты от перегрева или переохлаждения, то пользуетесь поведенческими реакциями — переодеваетесь, уходите в другое место или начинаете заниматься физическими упражнениями. Пока вы живете в одних и тех же условиях, ваш мозг может заранее составлять планы на каждый день, координируя внутренние процессы вашего организма в соответствии с теми периодами времени, которые отводятся в суточном распорядке на работу, еду или сон.

Продолжение рода

Мозг осуществляет нужную гормональную регуляцию для подготовки спермы семенниками, яйцеклеток яичниками и для имплантирования оплодотворенного яйца в слизистую оболочку матки. Мозг выполняет эти функции автоматически. Он контролирует состояние семенников или яичников с помощью сложной системы внутренних связей (рис. 9). Он также дает команды репродуктивной системе (т.е. органам размножения) с помощью гормонов, выделяемых гипофизом. В действительности небольшие различия между мужским и женским мозгом в тех его областях, которые связаны с размножением, существуют задолго до того, как мозг приказывает вашему телу стать мускулистым или приобрести изящные очертания.

Адаптация

Мир вокруг нас постоянно меняется, и для того, чтобы выжить, мы должны уметь приспосабливаться (адаптироваться) к новым условиям. Наш мозг берет на себя функции посредника в таких приспособительных реакциях. Мы адаптируемся к новым проблемам разными путями: вспоминаем, как решали подобные проблемы раньше, боремся с трудностями или пасуем. Иногда адаптация протекает совсем просто, и мы не задумываемся о ней — едим, когда голодны, пьем, когда испытываем жажду, спим, если устали. В тех случаях, когда адаптивная реакция приводит к стойкому изменению в поведении, мы называем это «научением». Обычно адаптивные реакции выгодны тем, кто их осуществляет. Те же, кто не может приспособиться к новым условиям, оказываются на обочине главной дороги. По мере накопления успешных адаптаций наши поведенческие возможности расширяются. Со временем многие реакции, необходимые в том или ином конкретном случае, становятся почти бессознательными (так, мы заходим в помещение, если идет дождь, или автоматически закрепляем привязные ремни, прежде чем автомобиль трогается с места).

К сожалению, человеческие существа нередко склонны изобретать способы адаптации, которые приносят нам только вред. Привычка к перееданию (которой, кажется, страдал доктор Уотсон) или использование таких средств как табак (великий Шерлок имел пристрастие к кокаину), — таковы типичные примеры «плохого» адаптивного поведения.

Рис. 4. Обонятельная система. Показаны связи, идущие от рецепторов слизистой носа через обонятельные луковицы и базальные ядра переднего мозга к конечным пунктам в обонятельной коре.

Рис. 5. Вкусовая система. Изображены связи, идущие от рецепторов языка через первоначальные мишени варолиева моста к мишеням следующего порядка в коре больших полушарий.

Рис. 6. Ощущения с поверхности тела. Представлены связи, идущие от кожных рецепторов через вставочные нейроны спинного мозга и таламуса к первичной сенсорной зоне коры.

Рис. 7. Чувство равновесия. Показаны связи, идущие от первичных рецепторов преддверия внутреннего уха (вестибулярного аппарата) к ядрам ствола мозга и таламуса. Эта информация, по-видимому, не имеет путей для передачи в кору большого мозга.

Рис. 8. Непроизвольная мускулатура (слева) контролирует движения пищевода, радужной оболочки, сердца и кровеносных сосудов. Произвольная мускулатура (справа) управляет движениями глаз, лицевых мышц, языка и гортани.

 

Что такое мозг?

Итак, мозг заботится о том, чтобы мы чувствовали и двигались, осуществляет внутреннюю регуляцию, обеспечивает продолжение рода и адаптацию. Если вы когда-нибудь изучали биологию, то должны помнить, что эти свойства характерны для всех животных. Даже одноклеточные организмы, такие как бактерии, могут отвечать на раздражители, двигаться, регулировать использование питательных веществ и дыхание, размножаться и адаптироваться к изменениям окружающей среды. Даже отдельные клетки нашего тела могут реагировать на те или иные раздражители в своем непосредственном окружении и до некоторой степени регулировать свою внутреннюю среду. Многие клетки нашего организма могут также независимо передвигаться (например, лейкоциты охотятся за вторгшимися бактериями и берут их в плен) и размножаться (например, клетки кожи). Если мы исключим из нашего списка «движение», то остальные свойства будут характерны для всех организмов — не только животных, но и растений.

Рис. 9. Пять важнейших клеточных систем, выделяющих гормоны нейроэндокринной системы. Некоторые нейроны гипоталамуса секретируют свои гормоны непосредственно в кровяное русло через заднюю долю гипофиза. Другие выделяют свои гормоны в воротные сосуды гипофиза; они попадают в переднюю долю гипофиза и стимулируют выброс гормонов в кровяное русло отдельными группами железистых клеток.

Каждый гипофизарный гормон активирует определенные эндокринные железы. На уровне гипофиза у мужчин и женщин выделяются одни и те же гормоны. Половые различия зависят от клеток-мишеней в гонадах (половых железах).

АКТГ — адренокортикотропный гормон (кортикотропин); ЛГ — лютеинизирующий гормон; ТТГ — тиреотропный гормон; ФСГ — фолликулостимулирующий гормон.

 

Мы начали с перечисления обязанностей, которые выполняет наш мозг, а закончили перечнем признаков, свойственных почти всем живым существам. Но если все создания — большие и малые, с мозгом или без него — выполняют в основном одно и то же, зачем тогда нужен мозг? Быстрый ответ может показаться обманчиво простым. Очевидно, крупные существа с мозгом способны к таким формам поведения, которые лежат за пределами возможностей простых организмов и клеток, не имеющих мозга. Не будь у людей мозга и других частей нервной системы, они наверняка стали бы добычей плотоядных животных с меньшим, чем у нас, мозгом.

Рис. 10. Ящерица Anolis демонстрирует один из наиболее известных и совершенных примеров приспособления к окружающей среде. Через несколько секунд после падения на скалу она полностью сливается с фоном.

 

Можно подойти к вопросу и с другой стороны, сказав, что мозг — это орган, специально приспособленный для того, чтобы помогать отдельным особям в осуществлении главных жизненных актов. Успехи, достигнутые организмом в конкретных жизненных условиях, зависят от сложности и способностей мозга, а также от тех требований, которые ставит окружающая среда. Бактерии движутся по направлению к свету и «ощущают» присутствие питательных веществ, но многоклеточные организмы могут делать намного больше: у них имеются различные группы клеток, позволяющие им воспринимать сигналы, двигаться или адаптироваться. Это усложнение структуры ведет к специализации, которая дает организму много преимуществ, если нужно получить доступ к пище или спастись от хищника. Акула не умеет считать, но она может чувствовать небольшие изменения электрического поля в океане, которые не зарегистрирует и сложнейшее электронное устройство. Адаптироваться могут все животные, но те, у кого имеется сложный мозг, способны не только больше запоминать из прошлого опыта, но и решать более сложные задачи и изобретать орудия, чтобы с их помощью изменять по своему вкусу условия окружающей среды.

Сравнивая структуру и функции мозга животных и человека, мы можем задаться вопросом, в чем же уникальность человеческого мозга. Мы не умеем летать, подобно орлу, и уступаем ему в остроте зрения, мы не способны так легко бегать по горам, как это делает по утрам пума. Зато мы лучше других животных справляемся с такими задачами, как наблюдение и анализ, при решении очень сложных проблем.

Когда, однако, нам нужно определить, что такое «мышление», мы сталкиваемся с понятиями, которые далеко не всеми интерпретируются однозначно. Может быть, именно сейчас нам следует обратиться к истории, чтобы лучше понять сущность этого и некоторых других общих вопросов.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: