Занимательная биология

«Спинной мозг, покрытый шишками»

Так, говорит Вулдридж, один студент ответил на вопрос, что такое головной мозг.

Неизвестно, каким баллом оценили знания юноши, но в остроумии ему отказать нельзя.

В самом деле. Взгляните на рисунок. Непосвященному ясно — мозг головной продолжение и расширение мозга спинного. Его верхнего конца, если речь идет о человеке. (Если о любом четвероногом, тогда переднего.) Экономная природа была поставлена здесь перед задачей: вместить как можно больше мозгового вещества в пространство, весьма ограниченное. Наверное, отсюда это причудливое нагромождение всякого рода складок и шишек. Каждая мельчайшая складочка и шишечка получила свое название. Хороший анатом и физиолог ориентируется в них, как старожил в родном городе. Чтобы не заблудиться в этом «городе» и в дальнейшем ясно представлять, о чем идет речь, несколько главных его «районов» и даже «улиц» постарайтесь запомнить.

Ствол. Все, что останется от мозга, если снять полушария и мозжечок. Это, так сказать, Старо Място^[42] — в нашем «городе». Самая древняя часть мозга. Эволюция почти не затронула его. Этого не скажешь о «новых кварталах» — полушариях. Не один десяток моделей сделала природа, прежде чем достигла совершенства: сотворила полушария человеческого мозга.

«Новые кварталы» здесь так обширны, что старых за ними и не видно. Собственно, разрослась главным образом «новостройка» самых последних этапов эволюции, так называемая кора мозга. В ней вся сложность и все богатство духовной жизни человека. Познание окружающего мира методами философскими и научными, душевные переживания, любовь, совесть, отвага, успехи науки, искусства и политики — это все результаты работы слаженного и точного механизма, именуемого корой человеческого мозга.

Если помните, задача стояла сложная — вместить большее в меньшее. И если, начиная «строить», природа проявила неуемную щедрость и отвела под ствол и древние отделы полушарий большую часть черепа, то когда дело дошло до коры, стало ясно, что она слегка просчиталась. Места оставалось мало, а сделать нужно было едва ли не больше того, что уже сделано. Пришлось ухищряться. Лепить, надстраивать, ужимать, собирать в складки.

Складки коры анатомы назвали извилинами. А щели между ними — бороздами. Создание борозд и извилин было остроумным выходом из положения. Во всяком случае, таким способом природе удалось в очень малом пространстве разместить 15 миллиардов нервных клеток — основную «рабочую силу» коры. Кстати, около 70 процентов всей поверхности коры (а она равна 2500 квадратным сантиметрам) спрятано в глубине борозд.

В головном мозгу два полушария. Они отделены друг от друга продольной бороздой. Это, можно сказать, майн стрит, главная улица мозга. Она рассекает его вдоль. А поперек мозг делит центральная борозда. Точнее, каждая из центральных борозд — их две — рассекает пополам свое полушарие. Так как полушария симметричны, то построены они по одному плану. И все борозды, извилины и доли существуют в двойном наборе. Только «постройки», скажем, левого полушария — зеркальное отображение «построек» правого. Перед центральной бороздой лежит двухсантиметровая полоска мозга, которую назвали прецентральной извилиной. А такую же складочку позади борозды — извилиной постцентральной. Вот, пожалуй, и все «улицы» полушарий, которые нужно знать для первого раза. Дальше нам предстоит познакомиться еще с некоторыми их «микрорайонами». Но, запомнив эти ориентиры, вы не заблудитесь.

Теперь, когда генеральный план «города» нам ясен (ствол, полушария, мозжечок — основные подразделения мозга), мы можем познакомиться с каждым «районом» в отдельности.

О мозжечке много говорить не будем. Скажем только, что это координационный центр всех сложных движений. Впрочем, это давно всем известно.

Продолжим разговор о полушариях. А точнее — о коре. Во-первых, это важно сделать, пока вы еще не забыли того, что о ней было сказано на предыдущей странице. И во-вторых, начинать изучение головного мозга с коры — своего рода традиция. Возможно, потому, что кора самая доступная, а оттого и лучше изученная часть мозга.

Цвет у нее серый. Этим она обязана телам 15 миллиардов нервных клеток, из которых состоит.

Все 15 миллиардов природа собрала в пленку, толщина которой не превышает 3 миллиметров. Но и эти 3 миллиметра она умудрилась расслоить, а среди нейронов установила строгое разделение труда. Самый интересный из слоев коры — пятый (а всего их в коре шесть). Он состоит из громадных, по 130 микрон^[43] в диаметре, клеток, которые похожи на пирамиды с отростками. Эти нейроны так и назвали — гигантские пирамидные клетки или гигантские клетки Беца, по фамилии ученого, который первым их описал. Длинные аксоны этих клеток собираются в пучки и уходят в ствол и в спинной мозг. По ним от коры бегут двигательные команды ко всем мышцам. Поэтому гигантские пирамидные клетки называют двигательными нейронами, и их больше всего в участках коры, которые заведуют движениями тела.

А там, куда поступают сигналы от органов чувств, лучше всего развит третий и четвертый слои. Третий сложен тоже из пирамидных клеток (но разносортных), а четвертый — из зерновидных. Нейроны этих слоев называют чувствительными.

Три других слоя в основном контактные, или промежуточные: через них налаживается «взаимопонимание» между клетками разных участков коры.

Под 3 миллиметрами серого вещества лежит белое. Из этих двух материалов вылеплены все отделы головного мозга. Располагаются они в мозгу в разных комбинациях и сочетаниях. Но значение каждого из них от этого не меняется. Серое вещество, как мы теперь знаем, — скопление нейронов^[44]. Белое — только аксоны, собранные в пучки. Это своего рода кабели, через которые разные части мозга обмениваются информацией. Какую же информацию получают и рассылают нейроны коры. Одинакова ли она в разных ее участках?

Гитциг и Фрич были первыми, кому в 1870 году кора дала на эти вопросы четкий ответ. Правда, «вопросы» задавались в не очень деликатной форме. Кору раздражали электрическим током. Но цель оправдала средства. Результаты поразили всех. «Залп» импульсов, посланный в один участок, шевельнул хвост (поскольку кора принадлежала собаке). Импульсы, адресованные другим ее участкам, заставили согнуться лапу, дернули веко… Значит, решили ученые, в коре есть центры, которые командуют всеми движениями тела. Так и оказалось.

Позднее такая же двигательная зона была обнаружена и в коре человека, в прецентральной извилине. Командные пункты природа расположила в определенном порядке. Точки, управляющие движением пальцев ног, лодыжки, колена, бедра, туловища, плеча, локтя, запястья, следуют друг за другом, строго по очереди.

На поверхность мозга, на прецентральную извилину, можно спроецировать все тело. Полученная картина, ее назвали «гомункулюсом» («маленьким человечком»), даст очень наглядное представление о том, какая часть прецентральной извилины за какое движение отвечает. «Человечек» будет перевернут вверх ногами. У него огромная голова, непомерно большой рот, громадная кисть и малюсенькое туловище. Такая диспропорция произошла оттого, что, распределяя участки мозга, ответственные за движения разных частей тела, природа учитывала сложность управления их мышцами. Движения туловища просты. И в коре участок, отвечающий за них, невелик. Чуть побольше нейронов отведено для управления ногами. Но зато кисть, пальцы и рот «занимают» едва ли не две трети всей извилины. И это понятно. Вспомните, какие сложные и тонкие движения им доступны^[45].

Полушария симметричны, и следовательно, у «гомункулюса», скажем, правого полушария, есть зеркальный антипод в левом. Каждый из них управляет движениями противоположной половины тела: левый «гомункулюс» правым боком, а правый — левым.

У «маленького человечка» прецентральной извилины есть двойник в извилине постцентральной. Но он не «двигательный», а чувствительный. В буквальном смысле. В него приходят сигналы от всех осязательных рецепторов кожи. Чувствительный «гомункулюс» лежит строго параллельно двигательному. И если он «почувствует», скажем, укол в мизинец левой руки, то сразу же сообщит об этом двигательному «гомункулюсу», тем его нейронам, которые приводят в движение мизинец левой руки. И они отдадут приказ мышцам: отдернуть мизинец от иголки.

Так как по-латыни чувство — sens, то постцентральную извилину назвали сенсорой, то есть чувствительной, точнее, зоной кожной чувствительности.

Если прогуляться по соседним кварталам мозга, можно найти еще несколько сенсорных зон. У всех органов чувств есть в коре свои посольства. В затылочной доле — посольство зрительных нервов. Ее так и называют — зрительная сенсорная зона. В центре височной коры — представительство слуха. А вкус и обоняние, как недавно выяснилось, присылают своих «послов» тоже в височную долю, только поближе к сильвиевой борозде, которая отделяет височную долю от остального полушария.

Значит, без коры нам ни шагу ступить, ни слова молвить?

Так? Не совсем так. И даже совсем не так. Собака, например, без коры может жить год. Будет стоять, ходить, лаять. Отдергивать лапу, если ее уколют. Глотать мясо, если его вложат в рот. Правда, «сознательно» искать это мясо, прятаться от врагов и отзываться на кличку не будет.

У человека тоже без особой опасности для жизни можно удалить, например, прецентральную извилину. (Разумеется, на людях специально подобных опытов не ставят, но иногда при всяких мозговых повреждениях хирурги вынуждены это делать.)

Так вот о человеке с удаленной прецентральной извилиной. Он не умирает. У него только перестают получаться сложные и тонкие движения. Но грубые — остаются. А все потому, что осторожная природа, не доверяя коре, отделу новому и еще недостаточно испытанному, сосредоточила управление всеми жизненно важными функциями в стволе. Здесь центры дыхания, глотания, регуляции сердца… А кора только помогает стволу выполнять все это более тонко и точно. Но главным образом 15 миллиардов ее нервных клеток природа предназначила для того «увлекательного занятия», которое мы называем высшей интеллектуальной деятельностью.

Мышление, речь, память, сложные переживания — вот, пожалуй, основные аспекты этого «увлекательного занятия».

Сознание — самое таинственное свойство человеческого мозга, еще недавно казалось чем-то нефизическим, лежащим за пределами понимания и не поддающимся количественному исследованию.

Но вот в последние годы биологи и медики, вооружившись физикой, математикой и химией, попытались опровергнуть это убеждение. И довольно успешно. Выяснилось, что мозг работает в полном соответствии с физическими законами природы. А в основе «высших интеллектуальных процессов» лежат какие-то физико-химические превращения.

Математики и физики, добросовестно изучив лучшие книги о мозге, смоделировали некоторые из этих интеллектуальных процессов — элементарное мышление и эмоции. Окрыленные успехами, они обещают вскоре построить робота с электронным мозгом и нервами, но с «человеческим» сознанием, чувствами и разумом. И это не фантастика: достижения последних лет привели «к признанию самого сознания естественным феноменом, при описании и исследовании которого применима система законов и методов естественных наук».

Берегите левое полушарие!

Тридцать лет назад доктор Пенфилд отказался бы делать эту операцию. У пациента была поражена центральная часть левого полушария. Удалить ее — значило лишить больного речи. Во всяком случае, серьезно нарушить ее. Тогда в этом были убеждены все нейрохирурги.

Еще в шестидесятых годах прошлого века французский хирург Поль Брока доказал, что речь контролируется определенным участком коры. Участок этот, по его мнению, лежит на боковой поверхности правого полушария у левшей и левого — у правшей^[46]. Брока был известный авторитет. И этот отдел мозга, отведенный им под центры речи, стал для нейрохирургов табу. Между тем больные с поражениями «запретной зоны» продолжали обращаться к врачам. Многие из них вполне толково и обстоятельно могли рассказать о симптомах своего недуга. Речь их нисколько не пострадала от него.

Такие пациенты были и у доктора Пенфилда, руководителя неврологического института в Монреале. Наблюдая за ними, он решил, что Брока ошибся, наложив табу на столь обширную территорию: по-видимому, центры, управляющие речью, занимают в коре гораздо меньше места. Выяснение их точной локализации заняло у Пенфилда и его сотрудников последующие тридцать лет.

Они выбрали метод электрического раздражения. Электрод (обычно это золотая или платиновая проволочка) погружают в мозг. В участок, который исследуют. И пропускают электрический ток. А больной при этом спокойно рассказывает врачу о своих ощущениях. Потому что боли он не чувствует: в мозгу нет болевых рецепторов.

Итак, больной рассказывает врачу о своих ощущениях. Раздражение зрительной коры вызывает у него примерно то состояние, о котором говорят: «искры из глаз посыпались». При раздражении слуховой коры у него шумит в ушах. А «укол» током в речевые центры должен как-то нарушить речь, по аналогии предположил Пенфилд.

Начались поиски этих центров. Вернее, их точных границ.

Прецентральная извилина отпала сразу. Конечно, можно лишить пациента речи, раздражая «губы», «язык» и «гортань» двигательного «гомункулюса». Больной не сумел бы тогда говорить только потому, что перестали бы повиноваться мышцы его губ, языка и гортани.

Пенфилда же интересовало управление мыслительными процессами, лежащими в основе речи.

Электрон введен в височную долю.

— Как вы себя чувствуете? — спрашивает врач больного.

— Хорошо.

— Сможете ответить на несколько вопросов?

— Попробую.

На экране перед пациентом появляется рисунок.

— Что здесь нарисовано?

— Это…

В ту же минуту ассистент включает ток. Больной сразу замолкает, словно электрозалп начисто выбил из его головы знакомое слово.

— Так что же здесь изображено?

Больной подыскивает слова.

— Вы понимаете вопрос?

— Да.

— Вам знаком этот предмет?

— Еще бы! Это… Это то, на что надевают ботинок…

Ассистент выключает ток.

— Нога, — сразу же добавляет больной.

Электрод передвигают на несколько миллиметров выше.

— Теперь посчитайте до двадцати.

— Один, два, три…

Снова «залп» по коре. И сразу же больной сбивается со счета.

— …десять, шесть, пятнадцать…

Ток выключили.

— …шестнадцать, семнадцать, восемнадцать, девятнадцать, двадцать.

И так исследование за исследованием. Тридцать лет.

Три отдела, ответственных за речь, нашел в коре Пенфилд. Раздражение любой точки любого из этих участков вызывает афазию — такое расстройство речи, когда мышцы языка, губ, гортани повинуются человеку, а говорить нормально он не может: нарушается мышление.

Все три области — в левом полушарии. Независимо от того, правша его обладатель или левша. И все три дублируют друг друга.

Ученые, занимающиеся надежностью (проблема номер один в технике!), только недавно сформулировали основные условия, которые ее обеспечивают. Дублирование — едва ли не самое главное из них. А природа учла это миллионы лет назад. Продублировала многие важные органы животных и человека. Для надежной «работы» речи не поскупилась даже на двойной дубль. Поэтому при поражении одной из речевых зон афазия часто не наступает: ведь остались две другие.

Однако не все в этой троице равны по значению. Височная область самая важная. Если ее вывести из строя, обе оставшиеся часто не справляются с задачей. Она же одна может работать за двоих.

Но и дублирования природе показалось мало. Поэтому она сделала кору пластичной: при повреждении специализированных ее участков их работу начинает выполнять соседний, неспециализированный кусочек мозга. Правда, это касается только тех отделов, которые отвечают за интеллект. Пенфилд нашел, например, что у некоторых его пациентов речью управляло даже правое полушарие. Из расспросов выяснилось, что у них в раннем детстве левая половина мозга была серьезно повреждена. И пластичная кора передала бразды правления правому полушарию. Но «обучиться» этому она может лишь в юном возрасте. У взрослых людей такая способность утрачена навсегда.

Если хочешь побывать в детстве…

Установив точную локализацию речевых центров, ученые попытались найти в мозгу центры памяти.

Целая серия остроумных исследований в этом направлении была предпринята вскоре после того, как Пенфилд открыл следующий интересный феномен.

Когда раздражали электричеством нижнюю часть височной коры больного (эта часть мозга была у него поражена) вдруг начинали одолевать воспоминания. Не о том, что когда-то произвело на него впечатление. Вспомнились события незначительные. Но настолько ярко и реально, что слово «воспоминания» даже и не подходило для такого состояния. Скорее человек заново переживал их. Один пациент, магистр наук, увидел себя учеником, не вызубрившим к уроку какой-то латинский стих. Он так волновался, так пытался вспомнить его, словно именно сейчас, сию минуту должен держать ответ перед строгим учителем.

По словам Пенфилда, «это… напоминает демонстрацию киноленты, на которой как бы запечатлено все, что человек некогда осознавал, на что он обратил внимание в тот промежуток времени. Время в этом „фильме“ никогда не останавливается, не поворачивается вспять и не перескакивает на другие периоды».

Такое развертывание шаг за шагом всех событий прошлого идет до тех пор, пока кору раздражают. Раздражение прекратилось — «фильм» оборвался. Можно заставить больного снова увидеть те же «кадры», возобновив раздражение в той же или соседней точке коры.

Самое интересное, что, радуясь и огорчаясь из-за давно минувших событий, больной ни на минуту не забывает о реальной обстановке. Он сознает, что находится в операционной и все, что его волнует, лишь воспоминания. Он верно отвечает на вопросы и все понимает. Он живет сразу в двух мирах.

Открыв этот удивительный феномен, ученые решили было, что центр памяти находится в коре одной из височных долей. Однако ее удаление не вызывало нарушений памяти. Возможно, природа и здесь применила принцип дублирования: второе полушарие брало на себя функции поврежденного. Правда, и когда у больных были оперированы обе височные доли, кое-что в их памяти все же оставалось. По аналогии с речевыми центрами можно было подумать, что здесь вступала в свои законные права пластичность мозга: работу центра памяти начинали выполнять соседние участки коры. Однако опубликованные вскоре исследования на животных поставили под сомнение вопрос о том, кора ли склад памяти.

Декортицированное животное (все связи коры со стволом у него перерезаны) неплохо еще поддавалось дрессировке. Никакое обучение невозможно, если мозг ничего не запоминает. В декортированной коре память сохраняться не могла. Значит, в стволе? Все оказалось сложнее…

Джесси была умница. После тридцати пяти уроков она запомнила, что дверцу с квадратом лучше не открывать: за ней что-то неприятно щелкало по носу. Отворять надо дверцу с кругом — сразу получишь мясо. Как только она усвоила это, люди стали проделывать с ней непонятное. Сначала они завязали ей левый глаз. И снова стали учить различать дверцы. Только теперь на одной был крест, а на другой круг. Джесси усвоила и это. Потом повязку поменяли: наложили ее теперь на «обученный» глаз, и различать дверцы заставили глазом «необученным». Джесси решила эту задачу сразу, хотя и не понимала, для чего нужна повязка.

Дальше пошли и вовсе неприятные вещи. Джесси перерезали зрительную хиазму. Хиазма — значит перекрест. У позвоночных животных и у человека зрительные нервы не идут прямо в мозг, каждый в свою половину. Сначала пучки аксонов обоих глаз сходятся вместе и частично перекрещиваются. Поэтому в затылочную долю, скажем, левого полушария приходят волокна не только левого, но частично и правого зрительного нерва. Соответствующая картина и в правом полушарии. Джесси перерезали хиазму так, чтобы этого перемешивания волокон не было: в левое полушарие поступала теперь информация от левого глаза, в правое — только от правого.

После операции Джесси стала плохо видеть. Однако различать фигуры «необученным» глазом могла не хуже, чем раньше. Джесси была обыкновенная кошка и потому не знала, что ученые Калифорнийского технологического института решили с ее помощью выяснить, где хранится память.

Они рассуждали так.

Кошка легко запоминает фигуры. В этом заслуга зрительной коры. Не будь ее, животное отличало бы только тьму от света. Кора же помогает разобраться в тонкостях. Обучение возможно потому, что мозг запоминает и анализирует удачный и неудачный опыт. Логично предположить, что память хранится там же, где идет осмысливание увиденного в коре. Если так, то в опытах с «обучением» одного глаза после перерезки хиазмы вся зрительная информация должна поступать только в одно полушарие. (Скажем, если «обучен» левый глаз, то в левое.) Тогда «необученным» глазом животное не решит задачу.

Однако Джесси, если вы помните, хорошо справилась с ней и после перерезки хиазмы.

Значит, в ее мозгу следы от «обученного» глаза как-то передавались «необученному».

Таким «перевалочным пунктом» мог быть ствол (в него приходит информация от обоих полушарий) либо сама кора: ведь оба ее полушария соединены мощным кабелем — мозолистым телом. В нем 300 миллионов нервных волокон. Вполне возможно, часть из них служит проводниками, по которым бегут сообщения от «необученного» полушария к «складу» памяти и обратно.

Чтобы выяснить, так ли это, Джесси подвергли еще одной неприятной процедуре. Перерезали мозолистое тело. И тут кошку словно подменили. Она по-прежнему быстро и легко различала фигуры одним глазом. Но когда «обученный» глаз завязывали, вела себя так, словно столкнулась с задачей впервые. Никакого переноса навыка с одного глаза на другой не происходило.

Значит, память хранится в коре и именно в той половине мозга, куда впервые поступает информация. Одновременно в противоположном полушарии волокна мозолистого тела отпечатывают «копию» следа. Копирование происходит в момент обучения. Так что в неоперированном мозгу — всегда двойной набор идентичных следов.

Вот к таким выводам пришли ученые после этих и других сложных опытов (разумеется, помогала им не одна только Джесси).

И вскоре сами же себя опровергли.

На этот раз ради науки мучали обезьяну. У нее тоже раздвоили мозг, перерезав мозолистое тело, и стали дрессировать. Только задача здесь была посложнее. Сначала ее научили различать круг и крест. Потом, когда показывали крест, она должна была тянуть за шершавый рычаг, а увидев круг — за гладкий. Вся сложность-то вот в чем: экспериментаторы сделали так, что обезьяна могла тянуть за рычаг только той рукой, которая управлялась полушарием, не получавшим зрительной информации.

Фигуры «распознавало» одно полушарие, а рычаги — другое. Прямая связь между ними была нарушена, склад зрительных следов не сообщался со «складом» осязательным (через мозолистое тело коры). И все-таки животное справлялось с задачей: каждый раз тянуло за нужный рычаг. Роль координатора памяти выполнял, вероятно, ствол.

Итак, специального центра памяти, кажется, нет. По крайней мере его до сих пор не нашли. Полагают, что следы прошлых событий хранятся в разных отделах мозга: более простые — в стволе, более сложные — в коре. Вполне возможно, что зрительные впечатления записывают оптические центры коры, звуковые — слуховые и так далее.

По-видимому, в мозгу существуют и какие-то механизмы, которые обеспечивают временную синхронизацию зрительных, слуховых и других воспоминаний.

Сколько битов в мозгу?

Открытие феномена Пенфилда и известные науке случаи исключительной памяти^[47], видимо, доказывают, что все впечатления, которые мы получаем, полностью сохраняются в нашей памяти. (Хотя сознание обычно имеет дело лишь с небольшой их частью.)

Какова же тогда информационная емкость запоминающего устройства мозга?

И поскольку сейчас нам потребуется терминология теории информации, придется совершить экскурс в самые начальные ее пределы.

В последние годы работу мозга все чаще сравнивают с работой электронно-вычислительных машин. О машинах таких вы знаете. Они играют в шашки, решают сложные шахматные и другие логические задачи. Чтобы решить задачу, нужно, как известно, уяснить себе ее условия. Поэтому, прежде чем ввести в машину эти условия, их кодируют, то есть переводят в условную, «понятную» машине форму — код. Чаще всего пользуются двоичным кодом, то есть при решении, например, логической задачи у машины два выбора: «верно — неверно», «да — нет».

Электронно-вычислительная машина в идеальном варианте состоит из колоссального числа двухпозиционных переключателей. Они соединены друг с другом в определенном порядке. И схему их соединения определяет тот тип задач, которые ей под силу. Двухпозиционный переключатель, как это и следует из названия, срабатывает только в двух направлениях. Или он, переработав определенным образом, пропускает электрический импульс к следующему переключателю (это равнозначно решению «верно», «да»), или не пропускает, если тот не «подходит» для него («неверно», «нет»). Не получивший визы на вход импульс бежит к другому переключателю и так в лабиринте схем отыскивает верный путь.

Значит, по существу, сложную логическую задачу машина разбивает на множество элементарных действий, при решении которых однозначного ответа «да» или «нет» достаточно, чтобы продолжить поиск решения в нужном направлении. Ведь и мы поступаем так же, решая сложную математическую задачу.

Полагают, что на подобном принципе основана и работа мозга. А роль двухпозиционных переключателей в нем играют нейроны. Одни сигналы, на которые настроены, они пропускают, другие «запирают» или пускают в обход, образуя новые логические цепи.

Ежесекундно мозг наш получает сверхогромную информацию о событиях, происходящих внутри и вне организма. Причем вся эта информация, какого бы рода она ни была, боль ли это в желудке или сообщение о запуске ракеты на Луну, передается в мозг в одной и той же форме: в виде электрических импульсов.

Мы уже знаем, как этот поток информации закодирован.

Помните: «сила» и продолжительность каждого импульса одинаковы, а частота, с какой они пробегают по нерву, и число их в «залпе» разные. Значит, в каждую секунду нерв передает импульс или не передает, то есть, по существу, работает по двоичному коду: «есть импульс — нет импульса». Такой код дает возможность ввести в мозг чудовищное количество самой разнородной информации.

Объем информации, которую может «переработать» какое-нибудь счетное устройство, или, как говорят кибернетики, информационную емкость его, выражают в битах. Один бит равен количеству двоичных единиц, или двухпозиционных переключений (типа «да — нет») в секунду.

Так, если нервное волокно способно передать 100 импульсов в секунду, это значит, что в секунду оно передает 100 двоичных единиц информации (100 импульсов и 100 пауз). Пользуясь терминологией кибернетиков, мы сказали бы, что это нервное волокно способно передать 100 битов информации в секунду, или иначе: информационная емкость его равна 100 битам.

Вот теперь мы можем вернуться к вопросу, поставленному несколькими страницами раньше. Если мозг наш полностью сохраняет впечатления, какова же тогда информационная емкость его запоминающего устройства?

Джон фон Нейман в книге «Вычислительная машина и мозг» пишет, что она должна быть равна в таком случае 280 000 000 000 000 000 000 битов информаций. Двумстам восьмидесяти квинтильонам! Для записи одного бита нужен один двухпозиционный переключатель. Роль переключателей в мозгу играют нейроны. Предполагая, что 10 миллиардов из них принимают участие в сохранении памяти, получим, что на каждый нейрон приходится объем информации, эквивалентный приблизительно 30 миллиардам битов!

По мнению Вулдриджа, однако, вычисления эти сильно завышены. Наверное, далеко не все из того, что происходило с нами, запечатлевается в мозгу, считает он.

Несмотря на то, что пациенты Пенфилда очень отчетливо и реально видели себя в прошлом, вряд ли картины эти воспроизводились в их мозгу с фотографической точностью.

Пенфилд сам писал о таких больных: «Здесь отсутствуют ощущения, которых он не замечал, разговоры, к которым не прислушивался».

«Вероятно, в памяти, — говорит Вулдридж, — регистрируется лишь небольшая доля переживаемых нами событий и даже в тех событиях, которые действительно помним, мы выделяем и фиксируем лишь ничтожную часть первоначальных сенсорных данных».

А вот косвенные доказательства правоты этой точки зрения.

Обыкновенный тест на внимание. Вам показывают десятка два предметов, потом их убирают и просят назвать все, что вы только что видели. Человек средних способностей может сразу запомнить и описать не больше 5–10 предметов.

Ученые, имеющие дело с вычислительными машинами, называют эти предметы информационными объектами. Каждый такой объект заключает в себе приблизительно 15 битов информации. Стало быть, общая информация, с которой человек одновременно может иметь дело: 75–150 битов.

Такие же психологические опыты показали, что количество информации, которое мозг способен воспринять не бессознательно, а сохраняя хотя бы недолго в памяти, при самых оптимальных условиях равно 25 битам в секунду.

Производя дальнейшие расчеты с этой реальной величиной, регистрирующей работы мозга, получим, что нормальная, «битовая» емкость памяти должна равняться 50 миллиардам битов. А это соответствует 5 битам или двухпозиционным переключателям на нейрон.

Вместо 30 миллиардов у фон Неймана!

Где живет наша память?

Теперь о механизмах образования самой памяти.

Некоторые ученые считают, что в этом «виноваты» какие-то физико-химические сдвиги, происходящие в телах нейронов. Другие (и их большинство) говорят: все дело в синапсах. Напомню, что синапс — это входная «клемма» нейрона: место соединения с ним отростков (аксонов) других нервных клеток. На теле нейрона и на его дендритах синапсов иногда бывает до тысячи!

Если память хранят синапсы, то понятно, как мозгу удается записывать такую колоссальную информацию. Даже самые заниженные расчеты убеждают, что одним нейронам это не под силу.

Еще больше увеличиваются возможности записывающего устройства мозга, если принять точку зрения профессора Эйди из Калифорнийского университета в Лос-Анжелосе. Он считает, что в образовании следов принимает участие и глия — материал, которым заполнены в мозгу все промежутки между нейронами. Глиальные клетки, «запоминая», изменяют, по-видимому, свои электрические свойства, в частности сопротивление.

А совсем недавно появились работы, которые доказывают, что в образовании и хранении следов памяти принимает участие РНК — рибонуклеиновая кислота.

У плоских червей планарий вырабатывали несложные условные рефлексы. Стало быть, обучали их. При этом выяснилось, что после обучения в нервных клетках червей стало больше РНК. Потом «ученых» червей скормили червям-«неучам». И вдруг у «неучей» без всякого обучения появились «привычки» съеденных приятелей.

С другими обученными планариями поступили не лучше. Каждую разрезали на несколько частей. Правда, для червей это не очень страшно: через некоторое время из каждого кусочка вырастает новый червяк. Как говорят ученые, кусочки эти регенерируют. Так вот, регенерировавшие части планарий продолжали сохранять все «привычки» своих целых, так сказать, основоположников.

То, что в сохранении рефлексов здесь действительно была замешана РНК, доказали опыты. Регенерирующие половинки «ученых» планарий выращивали в среде, содержащей рибонуклеазу. Рибонуклеаза — это фермент, который разрушает РНК. Нетрудно сообразить: если обучение связано с РНК, то планарии и их половинки «забудут» все, чему научились, как только РНК будет разрушена. Так и произошло. Рибонуклеаза разрушила рибонуклеиновую кислоту в нервных клетках планарий, и они потеряли все приобретенные «привычки».

В общих чертах участие РНК в сохранении памяти представляют так. Под влиянием какого-то раздражения в протоплазме нейрона изменяется «архитектура» молекулы РНК. Она становится, так сказать, «специализированной».

В соответствии с генетическими законами эта специализированная РНК-матрица будет штамповать синтезирующие белки РНК той же специализации. А эта последняя, диктуя сборку белка по своему плану, определит особое, специфическое сочетание в нем аминокислот. Новый белок будет особо чувствителен к тому раздражителю, который первоначально «спровоцировал» его образование. И как только «почувствует» его, сейчас же заставит нервную клетку «вспомнить» реакцию на этот самый раздражитель, который перестроил когда-то архитектуру породившей новый белок РНК. Так образуются в мозгу условные рефлексы — стандартная реакция на специфические сигналы. А это первые шаги памяти.

Такую гипотезу впервые предложил несколько лет назад американский ученый Хиден.

Между прочим, его исследования заодно подтвердили и точку зрения профессора Эйди о роли глии в образовании памяти.

Хиден изучал содержание РНК в нейронах вестибулярного аппарата кролика до и после раздражения (вестибулярный аппарат раздражают вращением): после раздражения в нейронах гораздо больше РНК, чем до него. Зато в окружающих глиальных клетках ее становилось меньше. Словно глия, как аккумулятор, «питала» нейроны. Сейчас многие ученые так и считают: глиальные клетки — это источники энергии и биохимических веществ для нейронов.

Резиденция психических функций

Продолжим знакомство с микрорайонами коры. Наше путешествие по ней не было систематичным и планомерным. Однако размещение основных ее «учреждений» нам теперь, кажется, ясно. Затылок — зрение. Темя — движения и кожная чувствительность. Височная доля — чего здесь только нет! Слух, обоняние, вкус, самая важная из речевых зон (в левом виске), а возможно, и хранилище памяти.

Лобная доля… О ней мы пока еще ничего не знаем.

…В музее Гарвардского университета вот уже больше 100 лет хранятся два странных экспоната: череп с дыркой на темени и железная палка. И то и другое принадлежало некогда Финеасу Гейджу — железнодорожному мастеру.

Сентябрьским утром 1848 года упомянутая палка в результате, как сказали бы теперь, несоблюдения правил технической безопасности пробила насквозь мозг Гейджа. Однако череп его стал достоянием университета не сразу. Ибо Финеас Гейдж остался жив. И еще прожил после этого двенадцать лет. Удивительно было не то, что мастер не умер (в конце концов это дело случая и выносливости организма), а то, что повреждение обеих лобных долей не отразилось на его здоровье.

Сердце его работало нормально. Давление не изменилось. Он не стал хуже видеть или слышать, не потерял памяти и по-прежнему знал толк в своем деле. Однако дирекция железнодорожной компании вскоре уволила его. Работать с ним было невыносимо. Спокойный и тактичный прежде, он стал упрямым, грубым, несдержанным. Да и сам Гейдж особенно не стремился остаться на работе по причине развившейся вдруг апатии и лени.

Феноменальный случай с Финеасом Гейджем надолго стал предметом споров и обсуждений среди ученых.

Веками считалось, что лобные доли — субстрат высших форм интеллекта, и вдруг… повреждение их нисколько не отразилось на умственных способностях.

Поэтому в последующее столетие исследователи стали особенно обращать внимание на случаи повреждения лобных долей. Оказалось, что изменения психики у всех больных были приблизительно одинаковыми. Человек становился безвольным, безразличным к другим людям, бестактным, несдержанным в своих эмоциях. Исчезали инициативность и организаторские способности. По словам Вулдриджа, «повреждение лобных долей обычно нарушает способность связывать эмоции с интеллектом таким образом, чтобы создавались нормальные побуждающие и сдерживающие мотивы». Итак, основная функция лобных долей — посредничество между нашими эмоциональными стремлениями и интеллектуальной деятельностью.

Но если только в этом их «призвание», совершенно непонятно, почему столь экономная обычно природа отвела для лба так много мозгового материала. Ведь на долю лобных долей приходится почти половина коры. Может быть, все-таки они еще для чего-нибудь нужны человеку?

Опыты на шимпанзе показали, что после их удаления животное гораздо хуже решало задачи, где требуется выполнение логически последовательных действий. Между прочим, и у больных с поражением этой части мозга исчезала способность «удерживать в уме одновременно несколько разных понятий».

Поэтому исследователи считают, что лобные доли отвечают га особую сложную умственную деятельность. Например, за абстрактное мышление. Думают также, что при очень большой нагрузке на «мыслящие» части мозга лобная кора сразу же, как резерв, подключается к решению этих задач.

Строение коры и распределение обязанностей между разными ее отделами более или менее ясны, но вот интимные связи и взаимодействия между ее клетками, механизмы накопления, хранения и обработки информации в коре — пока еще тайна за семью замками. Ученые пытаются отгадать ее, исследуя электрические свойства мозга.

Альфа-ритмы

Началось это 40 лет назад, когда немецкий психиатр Ганс Бергер опубликовал странные картинки. Волнистые линии на них, утверждал Бергер, графическая запись активности головного мозга. Ему не поверили и даже подняли на смех. Трудно было представить, что о работе такого таинственного органа можно узнать что-либо, подключая к нему измерительные приборы. Технические средства и энтузиазм Бергера оставляли желать большего, и о «мозговых волнах» забыли.

А через 25 лет из скромных опытов Бергера родилась электроэнцефалография.

«Мозговые волны», открытые им, известны теперь под названием альфа-ритмов. Кроме них, есть еще бета-, гамма- и тета-волны. Однако от понимания биологической сущности этих волн ученые сейчас так же далеки, как и 40 лет назад.

Кибернетики предполагают, что электроволны — шифрованные сообщения, посылаемые мозгом. Надо найти к шифровке ключ. В клинике, впрочем, ее можно использовать и без ключа. Изменяется характер ЭЭГ, то есть электроэнцефалограммы, — тревога. Поражена какая-то часть мозга. Электроэнцефалограмма точно указывает какая.

Но ученые, которые, вооружась ЭЭГ, хотят проникнуть в существо психических процессов, все еще подбирают к ней ключи. Больше всего психиатров интересуют альфа-волны: их колебания, как выяснилось, тесно связаны с мозговой деятельностью.

Что о них известно?

Частота — 8–13 герц, амплитуда — 30 милливольт. Запись альфа-ритмов одного человека так же не похожа на запись другого, как не похожи их автографы. Амплитуда альфа-волн в разных частях мозга различна. И всегда больше в затылочной доле (там «посольство» зрительных нервов). Они четки и ритмичны, когда человек спит или просто закрывает глаза, ничем не взволнован и ни о чем не думает. Но стоит включить свет, приняться решать задачу или учить стихи, альфа-волны начинают угасать. Ясно, что они как-то связаны с процессами мышления, познания. Но как?

Вот одна из гипотез.

Полагают, что альфа-волны отражают электрические свойства дендритов, которые составляют основную массу серого вещества мозга. Дендритные электропотенциалы обычно слишком малы для того, чтобы вызвать активность нейронов. Однако, когда они возрастают, возбуждается и нейрон: быстрее перехватывает и передает дальше эстафетную палочку специфических импульсов, которые лежат в основе мышления. По всем нейронам словно пробегает волна повышенной чувствительности, и мозг, мобилизуясь, принимает, сохраняет и перерабатывает информацию.

Уолтер Грей первый увидел, как альфа-ритмы бегут по коре. Помог ему в этом двадцатидвухглазый Топси.

Двадцать две электронно-лучевые трубки соединили с электродами. Каждый электрод подключили к мозгу. Электроды принимают из него электрические сигналы. Усилитель их усиливает, электронно-лучевые трубки преобразуют в световые вспышки, яркость которых зависит от активности соответствующего участка мозга. Все двадцать две трубки помещают позади экрана. А на экран наносят контуры мозга. Трубки располагают с таким расчетом, чтобы спроецировать сигналы от участков мозга, к которому они подсоединены, на соответствующее место рисунка на экране. Это топоскоп Уолтера Грея. Ласково — Топси. Прибор для исследования топографии активности мозга.

У большинства людей альфа-волны возникают в височных и лобных долях и распространяются дальше по всей коре. Соседние ее участки реагируют на раздражение в определенном порядке, словно их по очереди включает какое-то развертывающее устройство. И мозг не формально подходит к выполнению своих обязанностей: где-то в его глубинах постоянно работают сортировочный пункт всех сигналов, идущих в кору.

Если какая-то его «извилина» получает новое раздражение, альфа-волны оповещают об этом весь мозг. Но когда раздражение повторяется через правильные интервалы, мозг перестает к нему «прислушиваться»: альфа-ритмы затухают до тех пор, пока в поток информации не попадет сигнал действительно серьезный и важный.

Параллельно с лабораторией Уолтера Грея те же проблемы исследуют сотрудники Михаила Николаевича Ливанова в Институте высшей нервной деятельности Академии наук СССР.

Здесь тоже есть свое детище. Но пятидесятиглазое (а недавно появилось и стоокое). Топоскоп Ливанова и Ананьева позволяет изучать сразу работу всего мозга. Целиком. А не только отдельных его частей.

На этом, пожалуй, мы закончим разговор о коре. Ствол мозга, на время забытый нами, таит в себе интересного не меньше.

Сортирующая сеть

Перед Дейтерсом, впервые описавшим ее в прошлом веке, она предстала под микроскопом сетью беспорядочно разбросанных нейронов, густо переплетенных нервными волокнами. Дейтерс назвал ее сетчатым образованием, или ретикулярной формацией. Находится она в стволе и тянется от спинного мозга до таламуса — тоже очень интересного образования ствола.

Ретикулярной формации не повезло. Ее открыли, подробно описали и, не придав большого значения, забыли. Лет двадцать назад американский нейрофизиолог Мэгун и его коллеги из Калифорнийского университета неожиданно вдруг обнаружили, что ретикулярная формация поймала в сети и подчинила своему влиянию почти всю деятельность центральной нервной системы.

«Эти неспецифические механизмы, — писал Мэгун, — распределены почти по всей центральной области ствола мозга, и подобно тому как спицы отходят от оси колеса к его ободу, так и функциональные влияния этой центрально расположенной системы могут распространяться в нескольких направлениях: на спинной мозг, на механизмы, осуществляющие эндокринные функции, на структуры, где возникают эмоции, и на кору больших полушарий, которая обслуживает все высшие сенсоро-моторные и интеллектуальные процессы». Влияет ретикулярная формация на них разными способами. Прежде всего сортирует и регулирует движение нервных импульсов.

Помните, мы говорили, что в головном мозгу есть особый «сортировочный пункт». Из потока имформации он выбирает каждую минуту лишь самые важные для организма сигналы. Обязанности сортировщиков природа возложила на нейроны ретикулярной формации и потому сделала их неспецифическими: любой из этих нейронов может разобраться в любом сигнале любого органа. А чтобы ни один из сигналов не миновал контрольного пункта, природа устроила так, что в ретикулярную формацию поступают дубли всех импульсов, какому бы отделу мозга они ни были адресованы. Доставляют их коллатералли — тонкие веточки, отходящие от основного нервного тракта. Коллатералли посылает в ретикулярную формацию всякий нервный кабель: чувствительные волокна, бегущие из спинного мозга в кору, двигательные, идущие в обратном направлении, нервные пучки, связывающие мозжечок с корой, и все другие.

А ретикулярная формация, как расторопный регулировщик на оживленном перекрестке в часы «пик», одни сигналы пропускает раньше да еще «подстегивает», снабжая дополнительной энергией, другим дает дорогу во вторую очередь. А иные вообще задерживает на время, пока не станут они для организма важными.

Нейроны ретикулярной формации непрерывно заняты сравнением, оценкой и отбором сигналов, которые должны обеспечить поведение организма, точно соответствующее создавшейся обстановке. А верно выбранная программа действия часто вопрос жизни и смерти!

Допустим, продираясь сквозь тропические заросли, человек поранил лицо. Еще полсекунды назад сообщение о ранении было бы самым важным среди потока информации, идущей в его мозг. Но в эти полсекунды человек вдруг увидел, что лиана, за которую он хотел ухватиться, — ядовитая змея.

Для ретикулярной формации сигнал о змее что сирена «Скорой помощи» для регулировщика движения. Тотчас же она задерживает остальные сообщения. А это по прямому проводу передает в кору, усилив дозой добавочной энергии, чтобы сразу на него обратили внимание. И ответную реакцию пропустит без очереди. Человек, ничего еще не осознав, автоматически отдернет руку, отшатнется, выхватит нож. И лишь, когда куски ядовитой «лианы» будут судорожно извиваться у его ног, почувствует боль в ободранной щеке.

Без ретикулярной формации долго пришлось бы сигналу об опасности блуждать по нейронам вместе с другими сообщениями и дожидаться своей очереди у входа в кору.

У ретикулярной формации есть еще одно важное свойство. Она питает дополнительной энергией все отделы мозга. Непрерывный поток импульсов, поступающий со всех сторон, держит ретикулярную формацию в постоянном напряжении. Она все время возбуждена и заражает этим возбуждением все отделы мозга. Тонус, темп работы коры, зависит от ретикулярной формации. По существу, «ретикулярная активирующая система»^[48] взяла под контроль даже сознание!

Вот какие опыты доказали это.

Нейрофизиологи давно заметили, что электрическая активность мозга во сне и наяву неодинакова. В энцефалограмме спящей кошки, например, волны большие, медленные. А стоит ей проснуться, они становятся маленькими и частыми. Это изменение «почерка» энцефалограммы в момент пробуждения физиологи назвали реакцией активизации.

Разбудить кошку можно по-разному. Можно посветить ей в глаза, щелкнуть над ухом, положить под нос кусочек рыбы. И в любом случае в электроэнцефалограмме просыпающегося животного появятся характерные для пробуждения волны. Независимо от того, от какого органа чувств поступила в мозг информация.

Но вот что самое интересное: реакция активизации может появиться в любом участке коры. И совсем не обязательно в том, где находится «посольство» нервов, которые принесли информацию.

Это навело ученых на мысль, что где-то в мозгу есть специальный центр, в обязанности которого входит следить за тонусом коры, вовремя включать и выключать ее. В этот центр приходят импульсы от разных раздражителей. Здесь они копируются, доводятся до соответствующей кондиции, усиливаются, если надо. И уже отсюда, так сказать в «централизованном порядке», воздействуют на кору.

Мэгун и Моруцци в 1949 году доказали, что этот центр — ретикулярная активирующая система.

Через вживленные электроды они раздражали ретикулярную формацию спящей обезьяны. Обезьяна просыпалась, и у электроэнцефалограммы заметно менялся «почерк».

У других обезьян ретикулярную формацию разрушали, и животные тут же засыпали. Разбудить их не могло ничто. Так они и спали до конца жизни, ничем не интересуясь, ни на что не реагируя. Хотя все органы чувств исправно доставляли в их кору информацию о событиях, происходящих вокруг.

Кора, правда, тоже не остается в долгу перед ретикулярной формацией. И тоже влияет на нее. Взаимодействие этих двух систем мозга осуществляется по принципу обратной связи. Усиливается активность нейронов ретикулярной формации, сильнее возбуждается кора. И сейчас же срабатывает обратный механизм: кора посылает сигналы, которые понижают тонус ретикулярной формации. Так устанавливаются оптимальные условия для работы обеих систем.

Между прочим, люди, сами того не подозревая, давно уже пользуются услугами ретикулярной формации. Врачи, например, когда делают операцию под общим наркозом: это на нее действуют вещества, вызывающие общее бесчувствие. Они подавляют активность нейронов ретикулярной формации, она перестает тонизировать кору, выключает ее, и человек на время теряет сознание, засыпает. Органы чувств его исправно продолжают приносить в мозг сообщения о боли, о звяканье хирургических инструментов, ярком свете в операционной, но ни на одно из этих раздражений больной не реагирует. Выключен основной механизм, «запускающий» в действие сознание.

Многие ученые полагают сейчас, что внимательность и умение сосредоточиваться тоже зависят от ретикулярной формации. Недавно установили, что она, выбирая и усиливая важные в данный момент для организма сигналы, второстепенные не только не пропускает, а даже ослабляет и понижает чувствительность к ним коры.

Экспериментаторы вживляли кошке электрод в ядро улитки (это отдел ствола, где идет сортировка и переработка звуковых сигналов) и записывали его активность. Время от времени над ухом кошки громко щелкали. Тотчас же улитка «откликалась» на щелчок: на кривой активности появлялся пик. Если щелчки слышались подряд и все усиливались, пики на кривой тоже шли подряд и размах их увеличивался. Но тут кошке подсунули банку с живыми мышами. Все внимание животное сосредоточило теперь на том, как бы достать хотя бы одну из них. И пики на кривой исчезли, хотя щелчки продолжались. Новый, более сильный раздражитель подавил прежний.

Этой способностью ретикулярной формации заинтересовались недавно стоматологи.

Оперируя с зубами, они надевают пациенту наушники. Наушники соединены с магнитофоном. На магнитофонной ленте записаны музыка и разные шумы. Музыка успокаивает больного, а шумы (почему-то лучше всего на психику действует шум водопада) маскирует жужжание бормашины и даже, как утверждают некоторые знатоки, «проявляясь в сознании, непосредственно подавляют ощущение боли». Если же боль все-таки беспокоит пациента, ему проигрывают пленку, на которой мелодия едва слышна за шумом. Больной невольно начинает прислушиваться. А врачу только этого и надо. Можно спокойно работать. Пациент уже не обращает внимания на его манипуляции.

О чудесной сети ствола мозга можно было бы рассказать еще немало интересного. Но, говорят, «нельзя объять необъятное».

И радость и горе в гипоталамусе

Вы в это поверите, когда его узнаете.

По существу, этот маленький кусочек ствола управляет всеми самыми важными для жизни организма процессами. В сфере его влияния сердце и кровеносные сосуды, все органы пищеварения, обмен веществ, эндокринные железы, терморегуляция, то есть контроль за нужной температурой тела. Но и это не все. В последнее время выяснилось, что многими инстинктами животных и их эмоциями тоже управляет гипоталамус.

Однако по порядку.

Лежит гипоталамус в верхней части ствола, почти в самом центре мозга. Природа позаботилась о том, чтобы такой жизненно важный орган был надежно укрыт. И защитила его от повреждений не только черепом, но и всей массой мозгового вещества, которое окружает гипоталамус со всех сторон.

А чтобы легче ему было справляться со своими многочисленными обязанностями, дала гипоталамусу в помощники гипофиз. Через него-то и управляет гипоталамус многими подчиненными ему органами. Выглядит это так.

Гипоталамус и гипофиз связаны общей сетью кровеносных сосудов и нервных волокон. Поэтому гипоталамус может посылать приказы в гипофиз в двух вариантах: в виде нервных импульсов и особых физиологически активных веществ. Он выделяет их в кровь, а кровь эти так называемые продукты нейросекреции доставляет в гипофиз. В зависимости от приказа гипофиз либо выбрасывает в кровь дополнительные дозы какого-нибудь из своих гормонов, либо, наоборот, тормозит их выделение. И таким образом то усиливает, то ослабляет деятельность других эндокринных желез: на них главным образом действуют гормоны гипофиза. Ну, а что значат в жизни организма разные гормоны — всем известно. Одни регулируют давление, другие работу сердца, третьи обмен веществ и энергии: в общем гормоны регулируют все в нас. От них зависят даже темперамент и работоспособность человека.

Но отношения между гипоталамусом и гипофизом не ограничиваются только этим.

Оказывается, физиологически активные вещества, через которые гипоталамус посылает приказы гипофизу, попадая в него, сами превращаются в гормоны. Так что гипоталамус еще и поставщик гормонального сырья.

Он же и вместилище самых разнообразных «центров».

Есть, например, в нем центр терморегуляции. Если чувствительные волокна принесут в него сообщение о том, что организму грозит перегрев, автоматически, или, как говорят, рефлекторно, срабатывает нужная программа действий. Расширяются кровеносные сосуды, начинают работать потовые железы, и организм избавляется от лишнего тепла. Но только до тех пор, пока ему не начнет грозить переохлаждение. Тогда в гипоталамус летит новое сообщение и срабатывает новая программа, направленная на сохранение тепла в организме: значит, и тут действует уже знакомый нам принцип обратной связи.

В гипоталамусе есть и центр аппетита. Козы, у которых раздражали его, побили все рекорды обжорства. Они жевали и жевали траву, хотя были сыты по горло. Раздражение соседних клеток этого же центра, напротив, начисто лишало животных аппетита. И они не брали в рот ни крошки, хотя до опыта их несколько дней морили голодом.

А раздражение центра жажды (и такой есть в гипоталамусе!) заставило одну козу выпить сразу 16 литров воды!

Некоторые ученые считают, что природа неспроста сосредоточила в одних руках управление основными жизненными функциями организма. Ведь ощущение голода, о котором сигнализирует животному центр аппетита, можно устранить, только наполнив желудок. Но чтобы сделать это, надо найти пищу. А поиски ее у хищников, например, требуют четких и согласованных изменений частоты дыхания, ритма сердца, кровяного давления. Совершенно очевидно, что скоординировать все это легче, если нужная информация будет обрабатываться в одном месте.

Такие идеи впервые развил швейцарский физиолог Гесс, который в 1949 году получил Нобелевскую премию по медицине и физиологии за оригинальные исследования головного мозга. (Гесс первым разработал метод вживления электродов и получил много новых и интересных сведений о работе таламуса и гипоталамуса.)

И поскольку охота — это, конечно, своего рода агрессия, Гесс нисколько не удивился, когда обнаружил в гипоталамусе еще и центр агрессии.

Ласковый котенок, как только «касались» током его «агрессивного» центра, превращался в разъяренную фурию. Это неожиданное открытие еще больше утвердило Гесса в его взглядах.

Однако точку зрения Гесса разделяли не все ученые. Некоторые психологи и физиологи не хотели верить, что раздражение гипоталамуса электричеством может вызвать настоящую эмоцию. Приписывать только одной части мозга способность «продуцировать» эмоции да еще под действием электрического тока — чистый абсурд, говорили они. Скорее всего раздражение гипоталамуса вызывает лишь внешние проявления ярости — расширение зрачков, взъерошивание шерсти, напряжение мускулатуры. А настоящей ярости, мол, животное при этом не испытывает. И потому назвали реакцию кошки на раздражение вновь открытого центра гипоталамуса реакцией «мнимой» ярости. И ничто не могло разубедить их, даже вполне реальные укусы и царапины, которые кошка им наносила во время опытов.

Так обстояло дело вплоть до 1953 года, когда в гипоталамусе были открыты центры еще некоторых эмоций. Супруги Олдс работали у профессора Хебба в университете Мак-Хиала. Они изучали ретикулярную формацию. В одном из опытов случилось так, что электрод не попал туда, куда посылали его исследователи, и застрял в гипоталамусе. Ученые не знали об этом, пока животное не вскрыли. (Опыты делали на крысах.) Но их сразу поразило его поведение. Экспериментируя, ученые посылали в мозг крысы «залп» электрического тока каждый раз, когда она случайно забегала в один из углов ящика. И вдруг заметили, что крысе нравятся электрозалпы. Она то и дело стала наведываться в угол, в котором ее мозг «щекотали» током. Наверное, для того чтобы получить лишнюю порцию удовольствия? Но, может, так только казалось ученым? Может, это опять удовольствие «мнимое»?

Опыт видоизменили. Теперь, чтобы получить очередной электрозалп, крыса должна сама нажать рычаг, который замыкал электрическую цепь. Если это ей действительно приятно, рассуждали экспериментаторы, она быстро научится включать ток. Если нет в том никакого удовольствия, она нажмет на рычаг не чаще, чем любая другая крыса (без электродов), бегающая в ящике.

Результаты получились ошеломляющие. Восемь тысяч раз за час нажала крыса рычаг, когда сообразила что к чему (а крыса без электродов лишь 25 раз). Она довела себя до полного изнеможения, без конца нажимая на рычаг двое суток подряд! Крыса предпочитала наслаждение всему, даже еде, когда была голодна. Ее специально морили голодом, а потом пускали в ящик, где была еда и столь привлекательный для нее рычаг. Она бросалась не к еде — к рычагу! И нажимала на него, нажимала…

Она пыталась прорваться к нему даже через решетку, по которой пропускали довольно сильный электроток! Но и боль не пугала ее: крыса упорно рвалась к наслаждению. Сомнений не оставалось: удовольствие, которое получала крыса при раздражении определенных точек гипоталамуса, было самое натуральное.

По-видимому, в гипоталамусе несколько центров удовольствия. Раздражение разных его точек вызывает у крысы неодинаковые эмоции. Одни соответствуют приятным ощущениям, связанным с утолением голода. Другие, которые ей нравились больше всех, носили явно сексуальный характер.

Стало быть, древнейшие из эмоций, которые уже почти миллиард лет радуют все живое на Земле, — чувство удовлетворенного голода и полового инстинкта — по природе своей «электрические»: их рождают (или только сопутствуют им?) биотоки нервных клеток.

После открытия, сделанного супругами Олдс, многие ученые занялись изучением «приятных» центров гипоталамуса. Попытались даже составить карту их размещения в мозгу. И тут выяснилось, что бок о бок с удовольствием поселились боль, страх и ярость. Самые натуральные. Участки гипоталамуса, которые их вызывают, назвали «центрами наказания». Лучше б нам их не иметь, эти центры!

Их раздражение тяжелым гнетом давит на психику, и тогда человеку и животному отравляет радость жизни душевная депрессия.

Аппарат автоматически то и дело замыкает цепь, по центрам наказания ударяет залп тока. Полчаса, час и два боль, страх и ярость тиранят зверя. Больше трех часов такого эмоционального напряжения животные не выдерживали. Они начинали кусаться, отказывались от еды, подавленные и взъерошенные уныло сидели в углу. А если опыты продолжались, нередко умирали от тоски и горя.

Самое интересное, что избавить животное от гнета дурных эмоций можно чрезвычайно просто: надо провести несколько сеансов раздражения центров удовольствия.

И еще некоторые интересные открытия, связанные с центрами наказания.

Известно, что язва желудка — болезнь людей нервных. И часто достаточно, так сказать, одноразового эмоционального напряжения (разумеется, связанного с неприятными ощущениями, страхом, волнением), чтобы она открылась у людей, прежде абсолютно здоровых. Недавно выяснилось, что происходит это оттого, что в гипоталамусе рядом с центрами наказания лежит участок, раздражение которого повышает выделение соляной кислоты в желудке.

Стал ясен механизм появления «нервных» язв. Электрические токи, возникающие в центрах наказания, распространяются на соседний участок гипоталамуса. Возбуждают его. В желудке появляется неумеренное количество соляной кислоты. Она разрушает слизистую желудка. В результате — язва.

Интересные исследования в этом плане провел в Вашингтоне Д. Брэди.

У обезьяны вызывали экспериментальную язву желудка, долго «играя» током на нервах. Она могла сама выключить ток. Шесть часов подряд бедное животное без конца нажимало рычаг, чтобы разомкнуть электрическую цепь, избавиться от неприятных ощущений. Потом шесть часов обезьяна отдыхала. И снова шесть часов работала. Язва развилась через несколько недель.

Потом опыт видоизменили. Теперь удары тока сыпались на двух обезьян.

Но избавить обеих от мучений могла только одна из партнерш: у нее был ключ для размыкания цепи. И она так старалась ради себя и ради подруги, что ни одна из них почти не получала ударов, потому что «ответственная» обезьяна нажимала на рычаг непрерывно. Но ответственности не выдержала, заболела. Через три недели после начала опыта у нее развилась язва двенадцатиперстной кишки, и она умерла. А «безответственная» обезьяна осталась жива и здорова.

У человека, конечно, тоже есть в мозгу центры удовольствия. Раздражение их снимает напряжение, приносит успокоение, радость. А возбуждение других, соседних с ними центров вызывает тревогу, страх, ужас, подавленность.

Значит, решили психиатры, эмоциями человека можно управлять!

Как управлять настроением?

Многие психические болезни — это нарушение своего рода статус кво эмоций. У одних больных верх одерживают так называемые отрицательные эмоции — грусть, тоска. У других — положительные: больные слишком веселы и возбуждены. Чтобы приостановить болезнь или облегчить страдания, а иногда и просто сделать больного доступным для обследования или лечения, нужно вернуть ему эмоциональное равновесие. Хотя бы в первом приближении. Вот в таком смысле понимают психиатры слова «управление эмоциями».

Управлять ими можно по-разному. Можно вживить в ствол мозга электроды и через них раздражать центры эмоций. Особенно интересны опыты профессора Хосе Дельгадо из Иельского университета США. Начал он с кошек и макаков-резусов.

В центр ярости особенно агрессивных животных вживляли электроды. Концы их выводили на череп и соединяли с небольшим приборчиком, величиной со спичечную коробку. В «спичечной коробке» смонтирована приемно-передающая радиостанция. Здесь же на черепе она крепится.

Радиостанция принимает команды экспериментатора и передает их в исследуемый отдел мозга. И человек может по радио то приводить животное в ярость, то успокаивать его.

Кто хоть несколько минут провел перед вольерой макаков-резусов, знает: свирепости у вожака хоть отбавляй. Он не тиранит только двух-трех любимых самок да малышей. Остальные живут в страхе. Особенно молодые соперники. В бесконечных схватках с вожаком они теряют уверенность и трусливо держатся от него подальше. Но трусость исчезает, если молодому вживить электрод в центр ярости и послать в него радиосигнал. Телеуправляемая обезьяна сама лезет в драку, «забивает» вожака и на время подчиняет себе все стадо. Это ей легче удается, если у вожака по радио раздражают центр, подавляющий ярость.

Самыми любопытными были опыты, в которых обезьяны управляли настроением вожака. В центр мозга, подавляющий агрессивность, ему вживляли электроды. А управление антиагрессивными радиосигналами выводили на рубильник. И устанавливали рубильник в клетке. Убегая от разгневанного отца семейства, какая-нибудь обезьяна случайно нажимала на рычаг. Это случалось раз, другой, третий. А потом животное соображало, что между нажатием рычага и спокойствием вожака есть определенная связь. Через несколько дней экспериментаторы со смехом наблюдали, как обезьяна, спасаясь от «тирана», стремительно бросалась к рубильнику и выключала ярость в душе (то есть в гипоталамусе) своего преследователя.

А в 1963 году Дельгадо начал серию новых экспериментов. На этот раз, как истый испанец, он взялся за быков.

Волшебный «спичечный коробок» крепили теперь позади рогов свирепых торо. И когда они оправлялись после операции, их выпускали на самодельную арену на одном из ранчо. Коррида начиналась по всем правилам. Несколько классических приемов, и бык в ярости бросается на алую мулету. В тот же момент новоявленный тореро, профессор Дельгадо, включает передатчик (сверкающая полоска металла в его руках, которую непосвященный принял бы за клинок шпаги, — антенна транзисторного передатчика). И бык застывает на месте, вялый и равнодушный.

Есть от чего прийти в ярость тореадорам-профессионалам! Темноволосый профессор из Иельского университета между делом мог отбить у них хлеб. Но страхи были излишни. Хосе Дельгадо не собирался менять профессию. Афиционадо — так испанцы называют страстных любителей боя быков — вряд ли променял бы подлинную корриду на такой суррогат.

Между тем интерес других «любителей» к работам Дельгадо по телеуправлению эмоциями все возрастал.

Психиатры попытались применить результаты его исследований для лечения своих больных. Сейчас методика вживления электродов в глубокие центры мозга человека разработана достаточно хорошо и уже несколько сотен людей подверглись этой операции. Чтобы успокоить больного, страдающего от тоски и непонятного страха, достаточно на время «подключить» его к электросети. В центр удовольствия через вживленные электроды побегут электрические импульсы. Тревога и подавленность исчезают, и на смену им приходят успокоение, радость, чувство огромного удовлетворения.

Ощущения эти настолько приятны, что, когда в палате устанавливали приспособление для самораздражения, больные часто теряли чувство меры и, пытаясь продлить удовольствие, доводили себя до конвульсий. Зато после лежали расслабленные, блаженно улыбаясь.

У больных шизофренией раздражение центров удовольствия тоже вызывает улучшение. Правда, ненадолго.

Гораздо большие надежды психиатры возлагают на психофармакологию. Так называют новую область фармакологии, которая отыскивает химические средства воздействия на эмоции.

Между прочим, о «химическом» управлении настроениями люди знают давно. Три тысячи лет назад египтяне, например, открыли, что смолистый зеленовато-бурый сок индийской конопли приятно пьянит.

Выпив его, человек веселеет, возбуждается и начинает грезить наяву. Правда, потом наступает похмелье. Страшное. Тяжелое. Удушье сдавливает горло, болят мышцы, за весельем приходит беспричинный страх. И вернуть хорошее настроение может только таинственный сок.

Так люди впервые познакомились с гашишем. Почти у каждого народа есть подобные «подхлестыватели» чувств. У мексиканских индейцев — пейотл, один из видов кактуса. Настойка из его цветов пьянит, повышает настроение. Туземцы Гаити любят нюхать кохобу — это тоже приятно возбуждает их. А шаманы, оказывается, приводили себя в экстаз настойкой… мухомора! И вино, и кофе, и чай, и валерьяну люди знают давно. И давно пьют их, взбадривая или успокаивая свои нервы.

А вот почему все эти напитки так странно действуют, узнали лишь недавно.

Этому помогли исследования ретикулярной формации. Помните: именно на нее действуют наркотики. Парализованная ими ретикулярная формация перестает «будоражить» кору, и кора «выключается», перестает «думать». Человек теряет сознание совсем или наполовину, утрачивая чувство реальности.

Выяснилось также, что все процессы, совершающиеся в мозгу (мышление, запоминание, управление разными органами) сопровождаются (или вызываются?) какими-то очень сложными химическими превращениями в его клетках. Какими именно, до конца не ясно. Но не последнюю роль в них играет выделение и накопление в мозгу адреналина и ацетилхолина. Физиологам эти два вещества известны уже полстолетия. Их называют часто медиаторами, или химическими передатчиками возбуждения: нервный импульс без них не может «перескочить» с одной нервной клетки на другую.

В электронный микроскоп видно, что в синапсах аксон передающего нейрона неплотно прикасается к дендриту или к телу воспринимающего импульс нейрона. Между ними всегда есть щель шириной около 200 ангстрем^[49]. Ее так и назвали синаптическая щель. «Переплыть» через нее нервный импульс может лишь с помощью вещества-передатчика, капелька которого выделяется в щель в тот момент, когда импульс добегает до нее.

Так вот оказалось, что некоторые эмоции сопровождаются накоплением в синапсах мозга адреналина или ацетилхолина.

Например, страх, тоску, горе переживает человек, когда в его гипоталамусе избыток адреналина. У психиатров даже термин есть — «адреналиновая тоска». Чтобы прогнать ее, надо избавить нервные клетки от лишнего адреналина. Так у фармакологов появилась путеводная нить в поисках лекарств, влияющих на настроение.

Все вещества, действующие на психику, они разделяли на два класса: успокоители (их еще называют транквиллизаторы) и возбуждающие средства — стимуляторы.

Механизм их действия в принципе сводится к тому, что стимуляторы усиливают возбуждение клеток мозга, а транквиллизаторы, наоборот, должны это возбуждение снимать или смягчать.

А поскольку корень многих бед в адреналине (он главный проводник возбуждения), этот принцип можно упростить еще больше. Транквиллизаторы должны удалять из мозговых клеток лишний адреналин (и подобные ему вещества), а стимуляторы, наоборот, накапливать его.

Главное — понять принцип. Дальше дело было за химией, и психофармакологам удалось синтезировать немало «таблеток настроения».

Аминазин, например. Этот транквиллизатор совершенно преобразил психиатрические лечебницы. Отделения буйнопомешанных стали тихими и спокойными, словно заурядные терапевтические больницы.

Спасительные действия аминазина (иногда его называют еще хлорпромазин) просты: в мозговых клетках он связывает адреналин. А фенамин (он относится к стимуляторам), наоборот, связывает по рукам и ногам аминоксилазу — фермент, нейтрализующий адреналин. Вырвавшийся из-под ее влияния адреналин помогает нервным импульсам «будоражить» мозг.

Однако некоторые лекарства до сих пор — большая загадка для ученых. Например, андаксин. Он снимает страх, хорошо успокаивает. Но на какие клетки мозга действует и каким образом — пока не знают.

Теперь совершенно ясно — разгадку большинства психических заболеваний нужно искать в химии мозга. Вопрос лишь в том, кто кого порождает: нарушение обмена — психические расстройства или, наоборот, психические расстройства — нарушения обмена. Или то и другое влияет друг на друга, образуя порочный круг.

Чтобы решить это, неплохо было бы научиться искусственно вызывать психозы. И, как на модели, следить за их развитием.

Здесь психиатрам помог случай.

В 1943 году швейцарский химик Альберт Гофман случайно проглотил немного диэтиламиддекстрализергиновой кислоты. «Меня словно ударила молния, — вспоминает он. — Я чувствовал, что плыву где-то вне своего тела. Поэтому я решил, что умер». Странное состояние длилось 12 часов. Так психиатрия получила в свое распоряжение ЛСД — препарат, который называют атомной бомбой среди наркотиков, «Гималайским пиком на фоне песчаных холмов».

Нашлось немало добровольцев, решившихся на время сойти с ума. Психиатры получили желанную модель.

ЛСД добывают из спорыньи. Из четырех его изомеров только один, соответствующий природной форме ЛСД, влияет на психику. Лишнее доказательство того, что в нашем теле действуют очень тонкие сепараторы химических веществ, едва отличающихся друг от друга.

ЛСД!

«Я слышу то, что обоняю… Я мыслю то, что вижу… Я взбираюсь по музыкальным аккордам… Я впитываю орнамент…»

«Я расползаюсь по швам. Я раскрываюсь, как красивый желтый-желтый апельсин! Какая радость! Я никогда не испытывал подобного экстаза! Наконец я вышел из своей желтой-желтой корки. Я свободен! Я свободен!»

«Все разваливается на куски! Я разваливаюсь. Сейчас случится что-то ужасное. Черное. Черное. Моя голова разваливается на куски. Это ад. Я в аду. Возьмите меня отсюда!»

…и так далее, все в том же роде. Это рассказы тех, кто вкусил ЛСД.

Одна микроскопическая крупинка этого вещества — десятитысячная грамма — может свести с ума нормального человека. Помешательство длится восемь часов, иногда несколько недель, а то и всю жизнь. Действие ЛСД очень индивидуально, и никогда нельзя заранее предсказать его последствий.

Но зато хорошо известно, что одного фунта этого наркотика достаточно, чтобы лишить ума, по крайней мере временно, 4 миллиона человек. Правительства многих крупных стран рассматривают возможность использования ЛСД в качестве потенциального оружия. «Очевидно, мы, как и другие страны, уже накапливаем галлюциногенные препараты», — так пишет «Нью-Йорк таймс мэгэзин».

Большинство людей, попробовавших ЛСД, утверждают, что происходившее с ними «имеет всемирно-историческое значение». Наиболее общие симптомы таковы: течение времени замедляется, а иногда прекращается совсем. «Все ограничивается настоящим», «Нет ни прошлого, ни будущего». Пространство деформируется. Все краски приобретают изумительную яркость и радуют взор, как никогда. А музыка звучит так волшебно, словно ее исполняют райские оркестры.

И синестезия — смешение чувств: человек, попробовав ЛСД, «думает, что он может обонять музыку, слышать звук цвета или ощущать прикосновение запаха». Один пациент после ЛСД-терапии услышал Пятую симфонию Бетховена: «Внезапно он стал гладить воздух, утверждая, что каждый мотив различает на ощупь: „Это чистый шелк. А это острая галька. А теперь я ощупываю одежду ангела“».

Некоторые писатели, художники, психологи уверяют, что ЛСД обостряет их ум, дает возможность углубиться в созерцание, избавив от тяжелых забот, и помогает творить: «Шоры спали с моих глаз. До этого я не видел красоты!»

Даже врачи нашли в ЛСД полезные свойства: один прием большой его дозы может будто бы излечить алкоголика от пьянства. Шизофрению, депрессию и другие психические заболевания он тоже, утверждают некоторые, как рукой снимает: «30 сеансов, проведенных с помощью ЛСД, равносильны годам обычного психоаналитического лечения».

Это, так сказать, хорошие стороны ЛСД. Ну, а плохие?

Безумие! Безумие! Безумие!

В США, где ЛСД стал чуть ли не богом новой религии (основано уже много обществ, члены которых на своих сборищах «галлюцинируют», наглотавшись его), психиатрические больницы переполнены свихнувшимися от сверхмощного наркотика людьми. Полиция выслеживает убийц, а могилы принимают самоубийц, обезумевших от ЛСД. Даже кошки перестают в штатах ловить мышей! Так как в одиночестве глотать ЛСД не принято, то фанатики за компанию пичкают этой дрянью бедных животных, и те, свихнувшись, в ужасе шарахаются от мышей.

Тысячи американских студентов, по-видимому, навсегда пропали для науки: стали неизлечимыми наркоманами, наслушавшись «лекций» известного психолога Гарвардского университета доктора Лири, который болтал всюду, где только мог, что ЛСД «открывает двери в мир созерцания, где истинные проблемы жизни и смерти предстают в своих истинных измерениях». Теперь его привлекли к суду за то, что он за пять лет безответственных проповедей «увлек десятки тысяч студентов на путь коллективного безумия и предоставил гангстерам возможность обогатиться, используя слабость подрастающего поколения».

Гангстеры тут поживились, конечно, немало. «Черный рынок» США наводнен всякого рода наркотиками, и ЛСД теперь среди них самый модный: кусок сахара, пропитанный им, продают за десять долларов.

Такова умопомрачительная история одного из самых крупных открытий в психофармакологии. Действительно ли ЛСД, когда научатся умело его применять, расширит горизонты человеческого сознания и принесет «всему миру истинную красоту и братство» и немало другой пользы или он грозит человечеству более страшными бедами, чем атомная бомба? Об этом сейчас горячо спорят ученые мужи. Одни предлагают продавать его в киосках, как кока-колу и жевательную резинку, чтобы каждый мог свободно получить свою дневную дозу «эликсира радости». Другие требуют немедленно запретить продажу и производство ЛСД (что и сделало недавно правительство Франции, разрешив применять ЛСД только в клиниках и научных институтах).

Ведущий исследователь ЛСД в США доктор Сидней Коэн говорит: «Еще никто не знает границ своего ума. Даже мимолетные проблески, возникающие спонтанно или при помощи ЛСД, очень фрагментарны. Мы никогда даже близко не подходим к границам наших возможностей, а мозг обычно работает лишь на ничтожную долю своей мощности. Задача будущего — узнать, как с пользой увеличить эту дозу».

Будем надеяться, что ЛСД, который помог исследователям приоткрыть дверь в эту безграничность нашего сознания и наших ощущений, и дальше станет служить науке, а не гангстерам.