Тайны человеческого мозга

«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).

Как он работает?

А как работает нормальный, незамутненный наркотиками мозг? Возьмем простейший пример. Вы хотите взять тюбик губной помады с туалетного столика. Отраженный от тюбика свет фокусируется хрусталиками, поступает на сетчатку, потом транслируется по нервным клеткам в зрительный центр (таламус); так активируются световые нейроны, которые передают изображение к участку зрительной коры (затылочная доля больших полушарий) от правого глаза – расположенному в левом, от левого – в правом полушарии. Здесь начинается целая какофония импульсов, одни из которых реагируют на форму тюбика, другие – на форму и объем футляра, третьи анализируют границу между столом и помадой. Потом эта информация по аксонам поступает в аналитический центр, где все данные сводятся воедино (мы узнаем тюбик и стол). Оттуда импульсы поступают в лобные доли, где начинается планирование движения (взять!), потом от нейронов через нервные окончания сигнал поступает к мышцам руки, к каждому пальцу (причем начавшееся движение контролируется зрительными рецепторами). А когда мы берем тюбик в руки, кожные рецепторы пальцев, реагирующие на давление, тут же докладывают мозгу о том, насколько надежно пальцы держат помаду и какую степень усилия надо приложить, чтобы удерживать ее и дальше. Ну а для того, чтобы правильно накрасить губы или придумать теорию относительности, требуется такое количество и качество работы нейронов, что даже страшно это себе представить!

Как же можно не восхищаться этим удивительным, совершенным, сложнейшим и уникальным органом, дарованным каждому из нас? Но мы только начали открывать перед вами тайны мозга…