Мозг. Как он устроен и что с ним делать

До сих пор нет принципиально более совершенной модели поведенческого акта, чем та, которую предложил Петр Кузьмич Анохин. Он назвал ее функциональной системой.

По своей природе функциональная система – схема ключевых блоков мозга, обеспечивающих поведение. Действие всех составных частей этой схемы-модели направлено на достижение определенного и полезного для организма результата.

В рамках функциональной системы мы говорим уже о нервных механизмах более сложных порядков, чем, скажем, рефлекторные дуги (бессознательные рефлексы, такие как, например, коленный рефлекс).

Некоторые физиологи выделяют функциональные системы двух типов. Первый тип – это системы, обеспечивающие постоянство среды (давление, уровень сахара в крови и так далее). Такие системы компенсируют сдвиги автоматически. Вы не можете знать, к примеру, уровень глюкозы в крови, а система – может. У нее есть целый центр в гипоталамусе, измеряющий этот показатель. Система первого типа автоматически, в обход вашего сознания, компенсирует возникающие сдвиги во внутренней среде.

А вот второй тип функциональных систем использует для саморегуляции факторы внешней среды. Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма – через связь с внешним миром, через изменения поведения.

В целом схема такая. Животное (да, собственно, и человек) делает все целенаправленно (со смыслом). Если что-то его не устраивает, оно начинает действовать – по сути, или воды, например, мы делаем все, чтобы устранить нехватку, приспособиться.





Рис. 37. Схема поведенческого акта по П. К. Анохину



На схеме можно увидеть, что поведенческий акт состоит из последовательно сменяющих друг друга стадий. Давайте сначала внимательно изучим схему (рис. 37), а потом посмотрим, как она работает на наглядном примере.

Слева на схеме, рядом с мотивацией, указана обстановочная афферентация (от лат. afferens – «приносящий»). Это множество самых разнообразных воздействий, которым подвергается человек в конкретной ситуации. Это и температура воздуха, и уровень освещенности, и окружающие звуки. У человека уже есть какая-то мотивация. Но многие стимулы вокруг окажутся несущественными в данный момент. Лишь некоторые из них вызовут интерес (ориентировочную реакцию). К ней мы еще вернемся, когда будем говорить о внимании. Важнейшие стимулы, соответствующие мотивации, обозначены как пусковой стимул.

Все стимулы обстановочной афферентации (окружающей среды) вместе с пусковым стимулом субъективно отражаются человеком в виде ощущений и восприятий. В мозге они взаимодействуют с прошлым опытом (памятью). А это в свою очередь формирует образ. Но сам по себе образ не может порождать поведение.

Сопоставление образа с разными аспектами памяти и мотивацией создает в мозге план действий (принятие решений). Обычно возникает несколько возможных вариантов действий, которые в данной обстановке могут привести к удовлетворению имеющейся потребности.

В коре и ближайшей подкорке ожидаемый итог действий сформирован в виде своеобразной нервной модели – акцептора результата действия. У человека всегда есть какое-то видение конечного результата (того, что он хочет получить).

Когда акцептор сформирован и известна программа действия, запускается процесс осуществления действия.

С самого начала выполнения действия за счет работы коры происходит его волевой контроль. Информация о действии через обратную афферентацию передается в кору и подкорку. Там она сопоставляется с акцептором, и это порождает определенные эмоции. К этим же структурам коры и подкорки вскоре поступают и сведения о том, чем же завершилось действие. Если то, что получили структуры коры и подкорки, соответствует акцептору результата действия (желаемому результату), возникают положительные эмоции. Действие прекращается.

Если же данные не соответствуют акцептору, возникают отрицательные эмоциональные реакции. И они будут создавать дополнительную мотивацию к продолжению действия, его повторению с постоянно вносимыми корректировками до тех пор, пока полученный результат не совпадет с намеченной целью (акцептором).

Давайте рассмотрим такой пример. Допустим, вы находитесь на крыльце загородного дома. Лето. Жарко. Обстановочная афферентация. В какой-то момент вы чувствуете, как в горле все пересыхает и язык прилипает к горлу (пусковой стимул). У вас формируется образ того, как вы изнемогаете от жары. Вы вспоминаете, что в холодильнике должна быть бутылка прохладной воды, – вы сопоставили образ с информацией, которая есть в памяти. Вы решаете, что пора утолить жажду. И в этом поможет бутылка с водой. У вас формируется план действий: сейчас пойду на кухню, открою холодильник, возьму бутылку и так далее.

В мозге кора и ближайшая подкорка формируют идеальный образ вас, пьющего прохладную воду (это акцептор результата действия). Ваш мозг запускает динамический стереотип – ходьбу. Это вы приступили к действию. Вы подходите к холодильнику, открываете его и находите там заветную бутылку. Открываете крышку, делаете глоток, другой. Все. Итог вашего действия совпал с акцептором. Вы получили положительные эмоции.

В такой ситуации прилипший к небу язык, по сути, является аналогом звонка у собак Павлова. Вы знаете, что сухой язык приведет к неприятным ощущениям, вплоть до обезвоживания. В случае же со звонком собака знает, что после него последует кормежка. И это запускает в ее мозге действия, направленные на получение еды.

Подобные примеры демонстрируют степень алгоритмичности нашего поведения, его программируемости. И мы еще раз убеждаемся в силе динамических стереотипов.

И все-таки, если столь многое в нас запрограммировано, насколько мы вообще можем влиять на свое поведение?



Информация влияет на работу генов в мозге

Долгое время считалось, что информация считывается из наших генов, а затем на ее основе в молекулярных машинах клетки синтезируются белки. И они уже начинают работать, обеспечивая те или иные процессы. Важно понимать, что по своей сути ген – это информация о какой-то молекуле белка.

Наши внешние признаки, поведение, аллергические реакции, иммунная и нервная системы – все это определяется белками. Например, ферменты, участвующие в синтезе красящих молекул меланинов, кодируются определенными генами. Меланины бывают нескольких типов. У людей встречаются гены, кодирующие эумеланин (черная, коричневая окраска). В таких ситуациях мы получаем детей-брюнетов. Гены, кодирующие феомеланин (красноватый оттенок), приведут к тому, что у детей будут веснушки и рыжие волосы.

Итак, мы примерно разобрались, как это работает. Но теперь важный момент. Гены-то у нас изначально есть все и в каждой клетке организма их набор одинаков – но почему тогда все клетки разные внешне? Это происходит потому, что какие-то гены выключены в одних клетках, но работают в других. Гены, отвечающие за формирование отростков, работают в нейронах (поэтому они имеют звездчатую структуру), но не работают в клетках кожи (поэтому кожа гладкая).

Вот и все чудо. Но на самом деле ситуация все же несколько сложнее.

Вы уже знаете, что всякий раз, когда вы что-то учите, в нейроне включаются в работу белки, которые строят новые связи между клетками. Более того, поступающая информация влияет на то, насколько активно будут работать те или иные гены, связанные с построением новых связей. В 2000 году за описание этого механизма Эрик Кэндел получил Нобелевскую премию.

Давайте рассмотрим на примере.

Когда самец зебровой амадины – птицы семейства ткачиковых – слышит песню другого самца, в слуховой области его мозга включается в работу ген erg1.

Но этого не наблюдается, когда птица слышит любые другие звуки. То есть это такой специальный ответ на социально значимую информацию. Вдумайтесь, ген включается в работу под воздействием звука.

Более того, ген erg1 работает активнее, если птица слышит песню незнакомого самца своего же вида (по сравнению с ситуациями, когда слышны песни самцов, живущих по соседству).

Выяснилось, что ген erg1 является регулятором других генов, ответственных за социальное взаимодействие. Он обнаружен у большого количества животных.

Недавние исследования показали, что подобные механизмы весьма консервативны. Эволюция закрепила их и у людей.

Например, если мужчинам в нос закапать гормон вазопрессин, лица других людей покажутся им менее дружелюбными, чем раньше. При этом у самих испытуемых на лице появятся выраженные признаки отвращения, агрессии.

У женщин эффект противоположный: лица становятся для них приятнее. Мимика женщин становится более дружелюбной. Удивительное действие вазопрессина объясняется тем, что он одновременно является и гормоном, и нейромедиатором.


Причем вазопрессин – не обычный гормон, а нейрогормон, то есть он способен возбуждать сразу множество клеток мозга, в том числе расположенных далеко от точки выброса. Вот так простое введение одной молекулы может невероятным образом изменять все поведение.

Вспомните схему с матричными процессами синтеза белка в клетке (см. рис. 6). Если вы еще раз внимательно ее изучите, то поймете, что теоретически на каждый из этапов синтеза белка могут влиять факторы внешней среды. Причем до конца не очень понятно, к каким изменениям они могут привести.

Как минимум нужно учитывать тот факт, что информация влияет на генетические процессы в клетках. Получается, что даже прочтение «Горе от ума» теоретически меняет работу генов в мозге. Именно по этой причине так важно помнить: многое в будущей жизни ребенка зависит от той информации, которую вы направляете в его мозг.



Так все-таки: гены или среда? Рождаемся или становимся гениями?

Вот уже не первое десятилетие всемирно известный ученый, нейроэндокринолог Роберт Сапольски, пытается заставить человечество задуматься о взаимоотношениях генов и среды. Что первично?

Мы лишь вскользь касались этого вопроса. Я упоминал, что свойства рефлекторных дуг спинного мозга достаточно жестко задаются генетикой. Жестко задана генетикой и группа крови. Она у нас постоянная с рождения. Но я аккуратно отметил также, что средовые факторы вносят значительный вклад в развитие нервной системы плода. Где же правда?

Согласитесь, это одна из важнейших тем. Если, к примеру, мы докажем, что все определяют гены, получится, что всевозможные техники развития интеллектуальных функций, внимания, памяти лишены всякого смысла. У нас будет лишь один путь – генная инженерия. В случае если нам удастся выяснить, что среда намного важнее генов, разумеется, мы будем перестраивать наше образование, здравоохранение, системы питания и физического развития. Мы будем делать это так, чтобы получить самых разумных, самых интеллектуально одаренных, внимательных, памятливых людей. Условно можно выделить два лагеря. Один – за генетику, второй – за среду.

В своих книгах Сапольски едко поддевает сторонников обоих лагерей. Он приводит в пример голливудских звезд, попавших в список «50 самых красивых людей мира» по версии журнала People. Авторы списка задаются вопросом: природа или воспитание?

Сапольски подмечает, что Бен Аффлек из «лагеря среды» заявляет, будто в мир кино ему помогли попасть занятия со штангой и коронки на зубах. Гвинет Пэлтроу и Джош Бролин оказались в другом лагере. Бролин списывает свою привлекательность на гены, доставшиеся от отца. Конечно же, эти взгляды весьма радикальны.

Но почему же Сапольски так привязался к этим бедным актерам, к сторонникам генетики и последователям «лагеря среды»?

В действительности нам надо поблагодарить его за то, что он сделал так много, стремясь убедить все мировое – и не только научное – сообщество в том, что гены и среда всегда работают вместе. И вообще, образно говоря, наша жизнь похожа на качели. Где мах в одну сторону – приближение к генам, а в другую – к влиянию среды. На протяжении жизни мы постоянно качаемся то в одну сторону, то в другую. И есть ситуации, когда развитие нашего организма очень сильно предопределено генами (мутации на уровне хромосом, серьезные нарушения в функционировании генов) и, напротив, когда среда «диктует» генам, как им сработать.

Всем исследователям, которые занимаются естественными науками, важно получать воспроизводимые результаты. Если считать, что гены и среда идут рука об руку, возникает закономерное предположение: если мы возьмем организмы с одинаковыми генами и поместим в одинаковую среду, то получим одинаковый результат на выходе. Так ученые и поступили. Они провели невероятно скрупулезное исследование, результаты которого опубликовали в 1999 году в Science, одном из самых авторитетных мировых журналов.

Основной задачей исследователей была разработка тестов, которые бы помогли точно измерить воздействие генов на тревожность и тягу к алкоголю.

Поскольку на людях подобные эксперименты запрещены, ученые взяли несколько чистых линий мышей и развезли по трем независимым лабораториям. В чистых линиях получаются практически идентичные особи (почти как однояйцевые близнецы), так как на протяжении многих поколений скрещивают близких родственников.

Линия Х была базовой. В линии Y оказались мыши, склонные пить алкоголь. А в линии Z – тревожные животные. Дальше началась тщательная, очень методичная подгонка условий содержания, чтобы они были идентичными во всех трех лабораториях. Строго запрещались малейшие отклонения. Все клетки одной марки, корм от одних и тех же поставщиков, температура в помещениях одинаковая. Всех мышей отлучали от матери в один и тот же день и даже час! В руки исследователи брали животных в одно и то же время в перчатках одной и той же фирмы и так далее. Максимальное приближение к идентичности. Если бы все ученые были клонами друг друга, условия содержания можно было бы считать совершенно идентичными.

По мнению исследователей, в каждой из лабораторий все мыши должны были набрать одинаковое количество баллов по тому или иному параметру тестов. Так, все животные линии X во всех трех лабораториях должны были набрать шесть баллов в первом тесте на активность (подвижность), а линии Y – девять баллов. И такой результат означал бы, что гены играют решающую роль при одинаковых условиях среды. Остановитесь на секунду и подумайте, насколько это жутко. Если это так, мы можем «штамповать», к примеру, и алкоголиков, как на конвейере. Выводи особей с определенными генами, погружай в конкретную среду и все.

Что же случилось дальше?

Ученые внимательно подсчитали баллы. И… результаты тестов оказались совершенно хаотичными по многим параметрам! Причем расхождения в результатах достигали десятков раз. К примеру, измерялась активность животных под воздействием различных веществ. Для этого замеряли, сколько сантиметров прошла мышь за определенное время. (Мыши маленькие, поэтому их «шаги» измеряют сантиметрами, а не метрами, как наши.) Изменение активности под воздействием психоактивного вещества у мышей линии Y в одной лаборатории составило 667 см. А у мышей той же линии Y под действием того же вещества в другой лаборатории – уже 5000 см! Это как если бы однояйцевые близнецы упражнялись в прыжках по одной и той же методике, но на соревнованиях один прыгнул бы на два метра в длину, а второй на пятнадцать. Понимаете разницу?

Конечно, по некоторым параметрам были получены схожие результаты. Ученые знали, что делают, и выполняли свою работу хорошо. Справедливости ради надо отметить, что гены действительно оказывали сильное влияние на некоторые аспекты поведения, но далеко не на все. Да, мы уже увидели как мутации в группах генов NOTCH2 повлияли на всю дальнейшую эволюционную историю нашего мозга. Но речь не идет о столь глобальных эволюционных приобретениях. Мы говорим о том, как гены конкретного организма взаимодействуют со средой. Представляете, насколько это исследование оказалось неудобным для мировой генетики, привыкшей к тому времени своим молекулярным пальцем указывать всем остальным, где их место?

Одинаковая генетика даже при очень схожих условиях жизни, давала многообразие вариантов. Природа в очередной раз преподнесла сюрприз.

Что же дают нам эти выводы? Они вновь подводят нас к одной простой идее, в которой есть две правды: с чем-то мы рождены и не можем этого изменить, но на многое можно влиять. Именно на это «многое» нам и нужно делать упор.

Ведь никто же всерьез не задумывается о том, чтобы изменить группу крови? Вероятно, в будущем и это станет возможным. Пока давайте вернемся к тем системам в мозге, которые закладываются генами, а развиваются под воздействием среды и индивидуального опыта.





ДСМ, СВЗ, ЦИС. В какие сети мозг затягивает рыбу мышления




Мы с вами уже знаем, что в мозге есть ядра (скопления тел нервных клеток) и белое вещество (отростки, провода если хотите). За счет проводов белого вещества вычислительные ядра-серверы в мозге соединяются в сети. В томографе можно увидеть, как синхронно работают эти структуры мозга при выполнении человеком той или иной задачи. Таких крупных сетей обнаружили уже более десятка.

Но нас интересуют три важнейших из них. От работы этих сетей зависит все: внимание, мышление, способность к творчеству и так далее.



Не все поля Бродмана оказались «перепаханы»

Еще с конца XIX века в среде нейробиологов велись споры о том, насколько точечно распределены функции в мозге. Уже сейчас, после прочтения даже части этой книги, вы немало узнали о механизмах работы мозга, а тогда исследователям было известно еще не так много. Сторонников подхода, предполагающего, что каждой конкретной функции в мозге может быть отведен свой участок, назвали локализационистами. А тех, кто считал, что для обеспечения тех или иных функций мозг должен задействовать все ресурсы, назвали генерализационистами. В XX веке многие исследователи посвятили жизнь тому, чтобы отыскать разные области. Например, Карл Лешли многие годы искал область памяти в мозге у крыс, но так и не сумел ее обнаружить. В научных кругах даже ходили слухи, что у него из-за этого началась депрессия. В конце концов Лешли пришел к идее о несостоятельности представлений о мозговой локализации.





Рис. 38. Поля Бродмана, нанесенные на поверхность коры мозга



Лешли противопоставил этой концепции идею о том, что высшие отделы головного мозга весьма пластичны и некоторые из них даже могут брать на себя функции поврежденных или утраченных. Также Лешли предположил, что структуры мозга весьма многозадачны. В некотором роде Лешли заложил серьезный фундамент для развития уже более современных представлений о мозговой организации высшей нервной деятельности человека.