Мозг. Как он устроен и что с ним делать

Но прежде чем мы перейдем к этим современным представлениям, важно вспомнить еще одного выдающегося исследователя первой половины XX века – Корбиниана Бродмана. Несомненно, Лешли был прав относительно того, что сложные психические функции, такие как память, не могут ограничиваться каким-то одним участком в мозге. И даже гиппокамп, о котором я уже сказал несколько слов, по своей сути не является вместилищем памяти. Это скорее структура-оператор, которая разбирает картотеку данных. В ней расположены своеобразные указатели. А сами данные уже распределены в коре больших полушарий. Причем какие-то из них – узкоспециализированные – действительно должны обрабатываться в конкретном месте.

Об этом догадывались давно. Исследователи собирали по крупицам данные о функциональной активности участков коры мозга. Но первым, кто к этому подошел систематически, был именно Бродман. Он предложил карту так называемых цитоархитектонических полей.

Это благодаря ему появились условные зоны, ответственные за ту или иную функцию. Когда Бродман делил кору на зоны, основывался он на клеточном строении тех или иных участков. Он использовал красители и внимательно рассматривал, как окрасятся нервные элементы. Нам с вами уже известно, что кора многослойная. И клетки в ней разные как по форме, так и по выполняемым функциям. К тому моменту вообще мало что знали о функциональной вид техники). Надо отдать должное, что, несмотря на отсутствие точных методов исследований, Бродману удалось достаточно четко провести границы некоторых областей.

Конечно, впоследствии многие авторы подвергли критике работы Бродмана, но им уже были доступны более современные методы исследований.

Чуть позднее кору поделили на первичные, вторичные и третичные (ассоциативные) зоны. С принципами их работы мы с вами уже познакомились в первой части. Кратко напомню, что первичные зоны коры получают информацию практически напрямую от органов чувств (через таламус), а вторичные и третичные имеют дело уже с частично обработанной информацией.

В XX веке было описано около 50 полей. И надо сказать, что длительное время многие (даже серьезные институты) пользовались этой картой. Интересно, что некоторые участки долго оставались пустыми, то есть с ними вообще не была соотнесена никакая функция (вернее, не было определено, к какому набору структур, отвечающих за ту или иную функцию, их можно отнести).

Но в 2016 году в журнале Nature вышла статья, авторы которой решили применить современные методы и перепроверить карту полей Бродмана. Оказалось, что в каждом полушарии областей не 52 (и даже не 83, как пытались предположить другие ученые после Бродмана). Мэтью Глэссер и другие исследователи из его группы обнаружили около 100 ранее неучтенных областей коры! Вдумайтесь в это. Выяснилось, что их 183, то есть на 97 больше, чем считалось ранее.

Более детальное понимание локализации функций дает врачам большое преимущество при изучении и лечении таких расстройств, как аутизм, шизофрения или эпилепсия. Более того, мы можем прицельнее настраиваться на изучение памяти и мышления.





Рис. 39. Карта областей мозга по данным из работы Мэтью Глэссера (2016)



Вы можете возразить: постойте, мы же выяснили, что локализационистский подход несостоятелен! Как же тогда быть с экспериментами с перерезанием волокон и перенаправлением сигналов из одной области в другую так, что животное начинает «видеть» ушами? На самом деле здесь нет противоречия. Как раз тут и работает концепция, предложенная Лешли. Области мозга, картированные Бродманом, а затем уточненные другими исследователями, действуют не локально, а в составе обширных групп структур.

И сегодня мы смотрим на области мозга гораздо объемнее. Мы понимаем, что условно сети в мозге можно классифицировать по химическому и структурно-функциональному принципам. Первый способ предполагает классификацию по используемым нейромедиаторам. Я это уже упоминал. А второй, собственно, и описывает то, как разные области в мозге объединяются в одну систему, чтобы обеспечить ту или иную функцию. Представьте. Если бы некий исследователь с другой планеты описывал наши ноги, он мог бы сказать: ну, две палки какие-то из туловища торчат. Затем, увидев как мы идем, он бы добавил: ходули. А потом, заметив, как кто-то переплывает реку, еще добавил бы: ласты. Вот и мы, как этот инопланетянин, глядя на какую-ту структуру в мозге, описываем ее разные функции в зависимости от ситуации. И тогда у нас префронтальная кора (лобные доли) в каких-то задачах планирует действия, в других – тормозит эмоциональные реакции, в-третьих – хранит часть краткосрочных воспоминаний. Но здесь важно понять, что одна и та же структура может выполнять не любую функцию. К примеру, мозжечок не способен планировать действия, как префронтальная кора. То есть все-таки у структур есть некоторая специализация (так же как и у наших ног: они могут делать многое, но держать ими ложку неудобно). Да, некоторые люди могут научиться держать ложку и пальцами ног, но все-таки изначально они приспособлены для другого.

Одна и та же область может вовлекаться в обеспечение разных функций, но набор этих функций, вероятно, ограничен изначальной анатомией и физиологией. Мозг перетасовывает структуры, как конструктор, попеременно задействуя то одни, то другие.

В последние годы с развитием МРТ-технологий, мы увлеклись картированием мозга. Нам захотелось «увидеть» тот самый поведенческий акт, описанный еще Анохиным, прямо в мозге. Где же там этот акцептор результата действия?

Изначально нейробиологи полагали, что мозг работает на полную мощность, когда ему ставят конкретную задачу, а в отсутствие умственных стимулов он отключается.

Но одним из первых, кто заметил обратное, был Бхарат Бисвал из медицинского колледжа в Милуоки. Работая над улучшением качества получаемого при МРТ изображения, он обнаружил, что активность мозга в состоянии покоя все равно присутствует, даже когда пациентов просят полностью успокоить ум. Научная общественность не придала этому факту должного значения.

Через пару лет (в 1997 году) Гордон Шульман подметил удивительную вещь: концентрация внимания приводит к ослаблению «шума мозга» (базовая активность).

Выяснилось, что, когда мы решаем какие-то задачи, мозг снижает активность в следующих серверах обработки информации: медиальной префронтальной коре (благодаря ей мы понимаем других людей), латеральной теменной коре (отвечает за планирование сложных движений), задней части поясной извилины (помогает оценивать иерархию в обществе, сопротивляться мнению большинства), энторинальной коре (кодирует информацию о контексте, связанном с окружением) и других.

Иными словами, считая в столбик, внутри мозга вы более спокойны, чем в своем обычном «спокойном состоянии».



Дефолт-система мозга

В 2001 году Маркус Райхл сформулировал концепцию дефолт-системы мозга (ДСМ). На первый взгляд может показаться, что это как бы «система ничегонеделания», но это не так. Выяснилось, что, когда мы отвлекаемся от дела, мы отвлекаемся на что-то внутри себя. Оказалось, что ДСМ – это сеть, которая отвечает за наши рассуждения о социальных отношениях. Оцените, как часто вы думаете о взаимоотношениях с друзьями или родственниками? На самом деле мы все постоянно на это отвлекаемся: доволь-на ли моя вторая половина, не обидел ли я коллегу, почему со мной не разговаривает ребенок и так далее.





Рис. 40. Структуры дефолт-системы мозга (выделены светлым)



Вероятно, эта система, называемая также сетью пассивного режима работы мозга (СПРРМ), сформировалась в нашем далеком эволюционном прошлом, когда мы еще были стайными.

В те времена в небольших группах (120–150) особей наши предки боролись за выживание в жестоком мире. Им было важно держаться вместе. Поодиночке люди обычно погибали. Для того чтобы понимать все социальные взаимоотношения внутри стаи, у наших предков и сформировалась целая сеть – дефолт-система мозга. Исследования показывают, что наш мозг способен удерживать в активной памяти социальных взаимоотношений примерно 150 разных людей.

Так вот, когда наши предки создавали первые цивилизации, а скученность людей стала больше, потребовалось перепрофилировать дефолт-систему под решение других задач. Если вдуматься, все наше мышление антропоморфно, то есть мы примеряем ко всему варианты социальных взаимоотношений. Планеты вращаются вокруг Солнца, спутники крутятся вокруг планет. В этой системе взаимоотношений Солнце – главное, планеты – рангом пониже, ну а подчиняются всем – спутники. Создание абстрактных мыслительных образов стало возможно именно благодаря дефолт-системе. По сути, именно в ДСМ и происходит все мышление.

Из экспериментов с маленькими детьми мы знаем, что они интерпретируют геометрические фигуры как «плохие» или «хорошие» уже в один год. Ребенок видит, что катящемуся кругу вдруг преграждает дорогу треугольник. И ребенок тут же понимает, что треугольник плохой. В то же время ребенок понимает, что квадрат хороший, потому что на рисунке он тащит круг за собой. ДСМ ребенка создала внутреннюю модель социальной ситуации, где сопоставила понятия «друг» и «враг» в отношении квадрата и треугольника. Так реализуется принцип антропоморфности (человекоподобия) мышления, который закладывается еще с раннего детства.

Это не все функции дефолт-системы. Обратите внимание на то, что в ее состав входят гипоталамус и амигдала. А нам с вами уже известно, что это важнейшие структуры эмоциональной лимбической системы. Поэтому всюду, где они участвуют, мы будем наблюдать эмоциональный или мотивационный компонент. Возникает вопрос: как же амигдала ухитряется работать и там и там?

Дело в том, что на самом деле амигдала – это не одно ядро (скопление клеток), а целый кластер (от англ. cluster – «рой, скопление») ядер. Это такое суперъядро!

Только крупных ядер в ней насчитывается около семи штук. Например, кортикальное ядро амигдалы получает сигналы от обонятельной коры. Это в свою очередь может как запускать сигнальные реакции (беги от ядовитого газа!), так и регулировать настроение в зависимости от получаемых запахов. Вероятно, по этой причине ряд запахов оказывает расслабляющий эффект на людей (но не на всех, зависит от индивидуального опыта). Так вот, благодаря связям ядер амигдалы с гипоталамусом дефолт-система мозга также участвует в распознавании эмоционального состояния других людей. Здесь важно отметить, что не только зеркальные нейроны задействованы в процессе понимания чужих эмоций, но и ряд обширных структур ДСМ.






Рис. 41. Строение комплекса ядер амигдалы



Некоторые ученые предполагают, что ДСМ, обеспечивая всплески спонтанной мыслительной деятельности, позволяет нашему мозгу создавать и моделировать альтернативные сценарии, мысленно организовывать планы и готовиться к тому, что нас ждет в будущем. То есть в ДСМ формируются прогнозы и предвидение реакций других людей. Считается, что спонтанная мыслительная деятельность помогает структурировать ежедневные события. При этом значимая информация переводится в хранилище долгосрочной памяти.

И теперь самое важное, что нужно понять. За последние несколько тысяч лет наш мозг физиологически не изменился, а вот список задач значительно возрос. Да и сами задачи стали весьма специфическими с точки зрения природы. И тут вот какая проблема. Когда-то мы взяли в руку палку. Она стала продолжением нашего тела. Мозг может как бы встраивать предметы в схему тела. Благодаря этому мы научились охотиться, ловить рыбу – в общем, стали преуспевающими приматами. Потом мы изобрели железные орудия и тоже встроили их в схему тела, потом ножи, сабли, пистоли и так далее. И наконец сейчас, в эпоху цифровых технологий, в наших руках уже не реальный инструмент, а устройства для работы с инструментами виртуальными. Но! Мозг все равно остался тем же. И вот ему – бедняге – приходится что-то придумывать. А у него все те же сети. И под решение самых специфических задач он выделяет ту же ДСМ. Мозг на время выгружает из нее людей, заполняет освободившиеся места фактами, абстракциями, цифрами, графиками и начинает ими «жонглировать». Иными словами, вместо людей у нас в ДСМ теперь абстрактные экономические формулы, иконки из соцсетей, модели строительных объектов. Это все мозг и подвергает анализу.

Итак, получается, что у нас есть универсальный вычислительный процессор в виде ДСМ, который, по всей видимости, связывается также с разными серверами (хранилищами памяти в коре). И то, как его задействовать, зависит только от вас. ДСМ – это и есть субстрат мышления.

Важно также понимать, что, если ДСМ использовать не по назначению, она постепенно перестраивается под работу с данными, а не с людьми. Да и вообще, мозг очень пластичен.

Мы с вами уже увидели это на примере француза Матье. У него маленькая тонкая прослойка коры перераспределила и мобилизовала все ресурсы, чтобы скомпенсировать возникшие нарушения.

Сегодня нет единого мнения, почему одни люди более эмоциональные, а другие менее. Вернее сказать, родились ли они таковыми. К примеру, можно отметить, что ДСМ представителей шизоидного типа более загружена абстрактными объектами. Да и префронтальные области коры у них работают заметно активнее, чем структуры лимбической (эмоциональной) системы. Поэтому внешне они достаточно холодные, алгоритмически мыслящие люди.

Есть мнение, что у многих современных людей происходит снижение эмоциональности. Абстрактным данным не нужно вызывать в нас эмоциональный отклик – важен только интерес. Мы становимся «дофаминовыми наркоманами», ждем пока нас поощрят «интересной вкуснятиной» из контента на бескрайних просторах интернета.

В итоге мы меньше общаемся в реальной жизни, избегаем сложных вариантов взаимодействий, когда необходимо внимательно слушать собеседника, стараться понять его. Как следствие, происходит нарушение социальных связей. Мозг начинает думать так: «Зачем мне вообще другие люди? Они создают сложный эмоциональный фон, могут быть непредсказуемыми, ситуацию сложно контролировать. А еще люди порой говорят не очень приятные вещи – это вызывает дополнительные переживания и беспокойства. А вот интересный контент, да еще если он подкрепляется фантазиями, вызывает приятные эмоции. Надо брать!»

Но проблема в том, что эволюционно мы существа все-таки социальные. Нам нужны другие люди. Во-первых, они дают обратную связь о нас самих. И, получая ее, мы начинаем корректировать свое поведение, да и вообще учиться новому. А во-вторых, люди нам необходимы, чтобы оставаться психически адекватными. Мозгу нужно общаться. Так он получает возможность стимулировать выработку окситоцина и ряда других веществ. К тому же только в социальном взаимодействии друг с другом мы способны порождать действительно сложные интеллектуальные объекты, многоуровневые объемные идеи.



Сеть выявления значимости

Дефолт-система мозга не единственное скопление структур в мозге, объединенных в одну рабочую конструкцию. Есть и две другие важные сети.

Одна из них – сеть выявления значимости (СВЗ). Эта система обеспечивает возможность сосредоточиваться на конкретной интеллектуальной задаче. Когда вы любуетесь закатом, слушаете шелест листьев в осеннем лесу, пение птиц, в вашем мозге преобладает активность структур именно этой сети.

Сеть выявления значимости обеспечивает своеобразный режим непосредственного восприятия, интеллектуальной сосредоточенности или даже медитации. О СВЗ мы еще поговорим чуть позже.



Центральная исполнительская сеть

Еще одна важная структура – центральная исполнительская сеть (ЦИС). Она обеспечивает познавательную функцию – обработку получаемой информации. Эта система оценивает внешние стимулы и анализирует их. В ее состав входят верхняя теменная кора, верхняя часть фронтальной коры и другие структуры.

Важно сказать, что три системы «спорят» между собой и являются антагонистами. Когда, например, включается сеть выявления значимости, центральная исполнительская сеть тормозится.

Вот почему подросток, который хочет продемонстрировать свою «социальную крутость» перед сверстниками, сев за руль мотоцикла, с большой вероятностью не заметит дорожного знака и нарушит правила. Ведь для безопасного вождения нужно активно обрабатывать внешние сигналы (ЦИС), а у него эта сеть подавлена дефолт-системой (которая погружает его в мысли, связанные с его социальным статусом в среде подобных ему).

Только задействуя все три системы, подростки постепенно обучаются мыслить зрело, учитывать последствия своего поведения, адекватно рассуждать и принимать решения, исходя из реалистичных предпосылок.





Подсистемы ДСМ и другие СЕТИ мозга




Интересно, что некоторые авторы выделяют подсистемы внутри самой ДСМ. Условно их можно назвать подсистемой префронтальной коры (ППК) и подсистемой медиальной височной коры (ПМВК). Как вы понимаете, такое разделение связано с тем, какие именно функции обеспечивают те или иные структуры ДСМ. А названия даны по именам ключевых структур, входящих в подсистемы.

В рамках исследований последних десяти лет выяснилось, что ПМВК помогает нам мысленно организовывать свои планы и структурировать полученный опыт. А за беспокойство по поводу мыслей других людей (что же они о нас подумают) отвечает ППК.

На рис. 42 изображена схема областей ПМВК и ППК, подсистем ДСМ, а также обозначены их функции.

В последние годы выяснилось, что крупных сетей в мозге можно выделить не три, а гораздо больше. Также оказалось, что внутри таких сетей, как ЦИС, выделяются свои подсети.





Рис. 42. Схема подсистем ДСМ



Вот лишь некоторый список других сетей, выявленных учеными: фронто-париетальная (фронто-теменная), дорсальная сеть внимания (дорсальная фронто-париетальная), цингулярно-оперкулумная, вентральная сеть внимания, сеть обработки аудиальных стимулов, сеть обработки зрительных стимулов, соматосенсорная, моторная, субкортикальная.