Тайны человеческого мозга

© Александр Попов, 2010

© ООО «Астрель-СПб», 2010

Вступление

За то, что вы способны читать и понимать эти страницы, в первую очередь нужно благодарить серое вещество, скрывающееся в вашей черепной коробке. Человеческий мозг – удивительное, невероятное приспособление для постижения мира и самого себя. С ним не сравнится ни один самый современный компьютер NASA. Мозг с непостижимой скоростью одновременно обрабатывает всю информацию, поступающую от органов зрения, обоняния, слуха и осязания, координирует действия рук, ног, головы и позвоночника, управляет каждым движением, включает память, позволяет понимать и воспроизводить речь, отвечает за чувства, желания и эмоции… К тому же некоторым особо одаренным индивидам он позволяет мыслить абстрактными категориями. В общем, мозг одновременно регулирует и жизненные функции нашего бренного тела, и взлеты бессмертного духа.

Хотя человек и является венцом творения, говорить о наличии головного мозга можно применительно ко всем позвоночным, начиная с рыб (у насекомых «мозгом» называют скопление нервных волокон или ганглиев). Причем, если у человека отношение массы головного мозга к массе тела в среднем составляет 2–2,3 процента, то у тех же приматов это соотношение колеблется от 0,8 до 1,7, а у дельфинов и касаток составляет примерно 1,8 процента. Конечно, по весу люди существенно проигрывают этим последним представителям фауны (в среднем мозг взрослого человека весит около полутора килограммов), но зато мы можем гордиться тем, что только человеческий мозг обладает такой функцией, как мышление.

Глава 1
Изучение структуры мозга: исследования древности и удивительные открытия наших дней. Мозг как компьютер

«Центр управления полетами»

Вполне логично, что «центр управления» тела и сознания должен быть надежно защищен, ведь любое серьезное повреждение мозга переводит человека в разряд «овощей». В подобном вегетативном состоянии личность перестает реагировать на внешние раздражители и утрачивает способность осмысленно действовать. Поэтому в качестве первого уровня защиты головного мозга природа использовала футляр – череп (позвоночник защищает спинной мозг). Кроме того, чтобы оградить мозговое вещество от давления костных стенок, его защищают три оболочки из соединительной ткани: твердая (наружная), сосудистая, или паутинная (средняя), и мягкая (внутренняя). Пространство между ними заполнено спинномозговой (цереброспинальной) жидкостью – ликвором (от лат. liquor), схожей по составу с плазмой крови. Природа как бы соорудила многослойную подушку безопасности. А межтканевая жидкость кроме функции безопасности выполняет еще одну – снабжает мозг питательными веществами. В мозг днем и ночью поступает до 20 процентов общего кровотока, несущего кислород тканям тела. Особенность мозгового кровообращения такова, что несколько особых мембран формируют гематоэнцефалический барьер, ограничивающий проницаемость стенок кровеносных сосудов и сдерживающий проникновение инфекций и большинства различных химических соединений из крови в вещество мозга.

Мозг снабжают кровью три главные артерии – две внутренние сонные артерии (лат. a. carotis interna) и основная артерия (a. basilaris). Ученые установили, что если активность нейронов в каком-то из отделов мозга заметно усиливается, то и кровоснабжение этой области сразу возрастает.

Глубинные структуры мозга

Какую же структуру имеет наш мозг? Мы не будем углубляться в тонкости анатомии и физиологии, ведь для того, чтобы понять основные принципы работы мозга, не обязательно знать, где именно находятся и какие функции выполняют сосцевидные тела или чечевицеобразное ядро. Чтобы не запутаться в терминах, достаточно запомнить, что головной мозг можно условно разделить на три основных блока: передний мозг, мозжечок и ствол мозга.

Если бы вам довелось заглянуть в прозрачную черепную коробку (случай с трупом в морге менее оптимистичен), то вы, прежде всего, увидели бы два больших полушария, прикрывающих собой глубинные образования мозга. Левое и правое полушария – самая крупная, развитая и наиболее важная часть центральной нервной системы. Друг от друга они отделены глубокой продольной щелью, которая продолжается до мозолистого тела – пучка нервных волокон, являющихся своеобразным мостом, соединяющим оба полушария и обеспечивающим непрерывный обмен информацией.

Продольная щель заканчивается на поперечной щели большого мозга, отделяющей полушария от мозжечка (запомните, он находится сзади: сначала – мозг, за ним – мозжечок), поверхность которого покрыта сетью более тонких и изящных, чем у коры больших полушарий, борозд и извилин. Мозжечок отвечает за формирование двигательных навыков и координирует действия различных мышечных групп при выполнении стереотипных поведенческих актов (таких, например, как прием пищи, чистка зубов); он также участвует в поддержании равновесия.

Помимо полушарий, составляющих примерно 70 процентов общего объема мозга, в переднем отделе (под полушариями, примерно посередине) также находятся таламус (или зрительный центр), гипоталамус (вырабатывающий нейросекрет для регуляции работы гипофиза) и гипофиз (одна из главных нейроэндокринных желез).

Еще под большими полушариями находится ствол мозга, состоящий из среднего мозга (где расположены подкорковые центры слуха и зрения), моста и продолговатого мозга (здесь расположены центры, регулирующие дыхание, деятельность сердца и кровяное давление, перистальтику желудка и кишечника), который плавно переходит в спинной мозг. Нервы, которые отходят от ствола и спинного мозга, собирают информацию от внутренних и наружных рецепторов и отправляют сигналы к мышцам и железам.

Все перечисленные выше структуры мозга соединены между собой особыми проводящими структурами – нервными волокнами.

Большие полушария

Вернемся к самой крупной части мозга – большим полушариям. В норме правое и левое полушария симметричны и соединены мозолистым телом, причем примерно на уровне ствола мозга пучки нервных волокон, связывающие каждое из больших полушарий с полушариями мозжечка, перекрещиваются. Так что левой стороной тела у нас управляет правое полушарие, а правой – левое.

Принято считать, что за речь и сопровождающую ее жестикуляцию, а также за другие поведенческие функции в большей степени отвечает доминантное (обычно левое) полушарие, тогда как правое анализирует пространственные и временные параметры окружающего пространства. Например, когда мы слушаем музыку, сильнее активируется правое полушарие, а вот за ее создание отвечает левое.

Незадолго до своего шестидесятилетия французский композитор Морис Равель попал в автокатастрофу, в которой серьезно пострадало левое полушарие его мозга. Врач, описывая процесс его выздоровления, наблюдал странный эффект: хотя Равель с удовольствием слушал музыку, посещал концерты и высказывал обоснованные и разумные критические замечания, «он больше так никогда и не смог заниматься композицией – записывать на бумаге то, что звучало в его голове», а также читать ноты и играть на фортепьяно.

Интересно, что у женщин, как правило, лучше развито левое, а у мужчин – правое полушарие. Со всевозможными гендерными расшаркиваниями психологи вынуждены признать, что женщины «в среднем» уступают мужчинам в отношении логических, математических и пространственных способностей, но превосходят их по параметрам вербального развития, речевых навыков (например, девочки учатся говорить и читать раньше, чем мальчики).

Не наводит ли вас это на мысль – нет, не о том, что мужчины умнее женщин, что за сексизм, – а о том, что наш мозг немного напоминает вычислительное устройство с параллельной обработкой данных в двух автономных центрах – полушариях?

Две личности в одном теле

В медицинской практике исследования мозга затруднены по совершенно очевидным причинам – любое вмешательство приводит к необратимым последствиям. Поэтому наблюдения над поврежденным мозгом особенно интенсивно проводятся во время войн либо на пациентах после серьезных травм или с тяжелейшими психическими нарушениями. Например, при тяжелых случаях эпилепсии показана хирургическая операция по разделению полушарий. Один из таких больных стал уникальным случаем в истории медицины.

В раннем возрасте П. заболел эпилепсией, в результате чего у него начались повреждения левого полушария и речевые функции частично взяло на себя правое. После операции по разделению полушарий врачи получили возможность… общаться как с левой, так и с правой половиной его мозга. Левая рука, управляемая правым полушарием, отвечала на вопросы медиков с помощью составления слов из отдельных карточек с буквами. Правая рука (после обращения исследователей к левому полушарию) писала ответы или больной произносил их вслух. С помощью особой техники тестирования больному задали вопрос «Кем ты хотел бы быть?», и левое полушарие дало ответ – «конструктором», а правое – «гонщиком». Таким образом, в психике П. соседствовали два самостоятельных слоя сознания.

Исследователь Майк Газзанига был шокирован сделанным им открытием. «Одна половина мозга, – описывал он впоследствии, – излагала свои собственные чувства и взгляды, а вторая половина – левая, обладающая речью, – забыв на время о доминирующей роли, наблюдала, как ее молчаливый партнер выражает свои суждения…»

На каждый вопрос, обращенный с помощью особой методики к правой половине мозга испытуемого, тот давал подробный ответ – например, о своих предпочтениях в еде или любимых телепрограммах. При этом, когда левую половину мозга просили ответить на тот же вопрос, больной отвечал, что до этого его ни о чем не спрашивали, после чего правая рука начинала складывать из букв ответ на вопрос.

Самое любопытное, что левое полушарие внимательно «наблюдало» за действиями, которые больной выполнял по команде правого полушария, и пыталось их логически обосновать, дать разумное объяснение тому или иному ответу!

Например, когда с помощью особого прибора обоим полушариям мозга одновременно показали два рисунка (петух, зима) и попросили выбрать карточки, логически связанные с этими изображениями, то больной разными руками взял две картинки: правой – изображение курицы (правая рука подчиняется левому полушарию), а левой рукой – картинку коньков (за этот выбор отвечало правое полушарие). На вопрос, какую картинку ему показали, больной ответил, что видел петуха, поэтому выбрал курицу. И, помолчав, довольно уверенно добавил: «А курицу легко очистить коньком». Левое полушарие сразу попыталось обосновать сделанное умозаключение, логически связать вторую картинку с тем выбором, которое оно сделало самостоятельно в ответ на зрительный раздражитель. Но самое важное – больного не просили давать подобное объяснение. Он высказывал свою догадку, пытаясь дать логичное обоснование своим действиям, как-то согласовать результаты действий обоих полушарий.

В психологии есть теория, согласно которой человек всеми силами стремится избежать дисгармонии между убеждениями и поступками. Например, если осторожный и рациональный человек вдруг окажется втянут в безумную сексуальную связь, он постоянно будет испытывать дискомфорт, чувствуя себя виноватым, плохим, стоящим на краю пропасти. Чтобы устранить этот диссонанс, он либо разорвет связь (даже если он был счастлив в этих отношениях), либо попытается оправдать (самому себе, не другим) такое странное поведение – например, тем, что он настолько зажат корпоративными рамками, что ему необходима буря чувств в личной жизни. То есть любым способом постарается объяснить или оправдать подобный диссонанс.

Исследователь Майкл Газзанига полагает (хотя многие считают его теорию спекулятивной), что внешний мир и наша собственная личность постоянно подкидывают сознанию такие вопросы, на которые просто невозможно найти ответ, ведь никто из нас не обладает полным знанием и не является всеведущим. Поэтому левое полушарие (которое отвечает за речь и вербальное выражение мыслей) пытается как-то более или менее логично обосновать наши поступки и уверить нас самих в цельности личности, в правильности наших представлений о самих себе.

Другой исследователь мозга, Джулиан Джейнс, считает, что осознание целостности личности возникло с появлением письменности и первыми попытками самоанализа. По меркам исторической науки, это произошло сравнительно недавно – около трех тысяч лет назад. А до этого, по мнению Джейнса, человек обладал «бикамеральным» сознанием, когда полушария мозга иногда действовали независимо друг от друга. Причем, если речь генерировалась правым полушарием, а воспринималась левым, человек вполне мог принимать сигналы из глубин мозга как обращенный к нему глас богов (с точки зрения современной психиатрии – прекрасная иллюстрация симптомов шизофрении). Во многих древних легендах и преданиях мы видим, как один бог (или дух) приказывал человеку что-то сделать, а другой советовал прямо противоположное. Это выглядит совсем как внутренний диалог сознания. Но люди, не способные к самоанализу, не могли как-то классифицировать внутренние голоса (бес нашептывает, ангел-хранитель предупредил-уберег) и просто повиновались им.

Джейнс был уверен, что человеческий мозг «еще более пластичен и более способен приспособляться к окружению, чем мы предполагали ранее… Мы можем допустить, что нервный субстрат сознания достаточно гибок для того, чтобы на основе обучения и культуры мог произойти переход от бикамерального мышления к самосознанию».

А вот как определял процессы, происходящие в мозге и формирующие нашу уникальную личность, исследователь Вернон Маунткасл: «…сенсорные стимулы вливаются в периферические нервные окончания, и их нервные копии отправляются в мозг, к великой серой мантии его коры, – образно писал он. – Мы используем их для создания динамичных и постоянно обновляемых нейронных карт внешнего мира, нашего места и ориентации в нем, а также происходящих в нем событий. На уровне чувства и ощущения ваши и мои образы по существу одни и те же, их легко идентифицировать путем словесного описания или по общей реакции. Но помимо этого каждый такой образ связан с генетической информацией с накопленным индивидуальным опытом, который делает каждого из нас уникальным и неповторимым. На основе этого интегрального опыта каждый из нас конструирует на высшем уровне своего перцептивного опыта свой собственный, очень личный взгляд изнутри».

Вещество мозга – сверхскоростной Интернет

Два полушария мозга, соединенных между собой пучком нервных волокон, образуют кору головного мозга, которая отвечает за обработку всей поступающей в мозг сенсорной информации. В затылочной доле коры обрабатываются зрительные сигналы; в теменной доле – телесные ощущения; в височной – слуховые сигналы, речь. Есть участки, отвечающие за обработку обонятельных сигналов, и участки, где интегрируются сенсорные сигналы разных типов. Области лобных долей отвечают за моторные функции (регулируют движения), а также за планирование и предвидение. В префронтальной коре происходят мыслительные процессы, интеграция всей поступающей информации, причем все зоны коры непрерывно взаимодействуют между собой и подкорковыми структурами (стволом, таламусом и др.) и соединены в единую сеть (что-то вроде Интернета с постоянным доступом, суперскоростью и неограниченным трафиком).

А что находится под корой и составляет основное вещество мозга? Это нейроны (их в мозгу человека от 5 до 20 миллиардов) – нервные клетки, отвечающие за переработку информации (серое вещество определяется цветом тел нервных клеток); нервные волокна, проводящие информацию к различным участкам мозга (вещество, покрывающее их, миелин, белого цвета), и глиальные клетки (которых раз в 10 больше, чем нейронов), заполняющие пространство между нейронами и образующие «каркас» нервной ткани, а также выполняющие дополнительные функции обмена и защиты (например, восстановление после инфекций).

От тела нейрона, окруженного полупроницаемой мембраной, отходят нервные волокна – длинный отросток (аксон), отвечающий за передачу информации другим клеткам, и короткие ветвящиеся дендриты, с помощью которых клетка получает информацию от других нейронов.

Информация передается от клетки к клетке с помощью нервного импульса, который зарождается в дендритах (получивших информацию от других нейронов), и распространяется от тела клетки по аксону (окончание которого может разветвляться, контактируя с другими нейронами) со скоростью примерно 100 метров в секунду. Передача импульса происходит через синапс (узкую щель) с помощью химических веществ – нейромедиаторов. На конце аксона (длинного волокна) содержатся своеобразные пузырьки, содержащие нейромедиатор. Получив импульс, аксон высвобождает вещество из пузырька в синапсическую щель, и эту информацию получают другие нейроны. Причем разные нейромедиаторы оказывают только два разнополярных действия – возбуждение и торможение.

В покое нейрон обладает зарядом в 70 милливольт (внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной). Дендриты (короткие волокна) проводят к мембране клетки нейромедиатор, который помогает усилить проводимость потока ионов калия и натрия (возбуждение) или ионов калия и хлоридов (торможение). Ионы калия и натрия, проникая через мембрану клетки, уменьшают заряд ее внутренней поверхности, и происходит деполяризация (возбуждение активности). Если отрицательный заряд внутренней поверхности мембраны увеличивается, то происходит гиперполяризация (торможение). И тут электричество! (Так что, может быть, и зря сомневаются в нормальности людей, которые рассказывают, как отрицательно на них действуют магнитные поля, или отказываются пользоваться сотовыми телефонами).

Любопытно то, что нейрон, эта микроскопическая, почти невидимая частичка, должен проинтегрировать все поступающие к нему по дендритам сигналы (а ведь они могут быть прямо противоположными) и выдать «на-гора» один-единственный результат.

О святая святых, самых известных нейромедиаторах мозга, вы наверняка уже слышали. Например, о серотонине, вызывающем чувство удовольствия (говорят, его уровень повышается, если съесть банан) или эндорфине, понижающем болевые ощущения и вызывающем эйфорию (десять минут танцев под любимую музыку – и его количество резко повысится). Также к числу основных нейромедиаторов относятся норадреналин, ацетилхолин, глутамат, дофамин, энкефалины и гамма-аминомасляная кислота (множество нейромедиаторов еще не изучены и не имеют своего названия).

В природе существуют любопытные вещества, которые могут влиять на синтез нейромедиаторов, их блокаду, накопление и высвобождение в пузырьках на концах аксонов или даже имитацию их действия. Так, амфетамин ускоряет высвобождение из пузырьков норадреналина, а ЛСД (диэтиламидализергиновая кислота) может напрямую связываться с серотониновыми рецепторами. Аминазин блокирует рецепторы дофамина, морфин быстро активизирует рецепторы эндорфина. Именно таким образом – усиливая или ослабляя действие нейромедиаторов – психотропные вещества влияют на работу мозга, ощущения и даже поведение человека (Карлос Кастанеда написал об этом максимально подробно, взяв за основу психотропное действие кактуса пейота).