Мозг. Как он устроен и что с ним делать

Вылазка внутрь мозга




Все примерно представляют себе, как выглядит мозг. Иногда его сравнивают со студенистым желе. Кто-то видит в нем сходство с огромным морщинистым трюфелем. Мы с вами уже выяснили, почему мозг морщинистый. Его гребни называют извилинами, а впадины (углубления) – бороздами.

Это вид мозга снаружи. До сих пор мы много говорили о коре. Это действительно важная часть мозга, поскольку она связана с обеспечением наших важнейших интеллектуальных функций. Но давайте заглянем вглубь мозга. Там мы найдем немало ответов на вопросы, касающиеся наших страхов, эмоций и даже вегетативных расстройств.

Мы уже упоминали такую важную структуру, как ретикулярная формация. Это «энергетическое сердце» мозга на самом деле берет свое начало еще из структур спинного мозга. Далее она поднимается в продолговатый мозг.

Если говорить максимально просто, в мозге можно выделить три этажа.

1. Первый этаж журналисты и многие популяризаторы науки называют «рептильный мозг» (это ствол мозга, складывающийся из продолговатого, заднего, среднего и промежуточного мозга). Эта часть отвечает за выживание организма (порой даже в самых экстремальных условиях).

2. Второй этаж называют «обезьяний мозг». Этот кусок (состоящий из многих структур) находится преимущественно над «рептильным мозгом» и отвечает за наши эмоциональные реакции. Когда обезьяне что-то не нравится, она начинает кричать, размахивать конечностями и даже может напасть. Так ведут себя некоторые дети и подростки, потому что у них еще во многом доминирует «обезьяний мозг».

3. Третий этаж. Речь здесь идет о коре больших полушарий. Это и есть наш «человеческий мозг».

Давайте теперь поговорим чуть подробнее о каждом из этажей, чтобы разобраться, как все-таки формируется поведение.

Эволюция мозга человека шла снизу вверх (от задних отделов к передним). Причем развитие высших центров происходило в результате совершенствования низших.

Первичный зачаток мозга – мозговой пузырь – мы встречаем у морского животного ланцетника. Постепенно мозг усложнялся, и мозговой пузырь начал делиться на отделы. Уже у рыб сформировались зачатки всех структурных элементов (этажей) мозга, включая полушария. Там находятся так называемые обонятельные центры. Они помогают мигрирующим видам рыб возвращаться в свой район обитания. Конечно, это не такие полушария, как у нас с вами.

Также полушария мозга рыб обеспечивают функции заботы о потомстве и формирования стайного образа жизни. Запомните этот интересный факт. Он нам еще пригодится, когда мы будем говорить о человеческих сообществах.

В отличие от ланцетника с одним пузырем на конце нервной трубки, у рыб и у всех более развитых животных есть все отделы головного мозга.

По этой причине в современной нейробиологии никогда не говорят о «рептильном мозге», как о каком-то особенном типе мозга, который есть у рыб или рептилий. Для упрощения, конечно, можно применять этот термин, но помните, что это грубая фактологическая ошибка.

В «рептильный мозг» входят, по сути, структуры, располагающиеся ниже лимбической системы. Как мы выяснили, этот мозг обеспечивает наше выживание. Давайте разберемся, что это за структуры.



Первый этаж мозга (ствол мозга)

Продолговатый мозг – самая древняя часть. Он как бы вырастает из спинного мозга. Этот первичный мозг управляет важнейшими жизненными функциями: дыханием, сердцебиением, уровнем кровяного давления. Повреждение продолговатого мозга обычно приводит к неминуемой гибели, а получить его очень легко, особенно детям. Достаточно травмировать область основания черепа. Это может быть неудачное падение на спину или случайный удар в область шеи.

По этой причине педагогам и врачам приходится напоминать родителям о том, что ни в коем случае нельзя детям давать подзатыльники (это может привести и к сотрясению мозга).

Также в продолговатом мозге находятся ядра (командные центры) нервов, управляющих языком, и блуждающего нерва, управляющего органами брюшной полости. Здесь же находится ретикулярная формация, которая обеспечивает связь со спинным мозгом.





Рис. 21. Схема мозга. Ломаная линия определяет границу первого этажа мозга



Задний мозг располагается чуть выше продолговатого и включает в себя мост и мозжечок. Мостом один из отделов заднего мозга назван не случайно: его проводящие пути белого вещества соединяют кору полушарий со спинным мозгом.

Задний мозг обеспечивает жевательный и глотательный рефлексы. Здесь же находятся центры вкусовой чувствительности.

Вместе с мозжечком мост контролирует тонус мышц и координацию движений.

Мозжечок имеет обширные связи с огромным количеством других отделов мозга, что позволяет ему участвовать в регуляции целенаправленных движений, делая их плавными и точными.

Интересно, что в мозжечке находится около 50 % всех нервных клеток мозга. Неспроста мозжечок называют вторым маленьким мозгом. Это весьма оправданно, поскольку от хорошо скоординированных движений зависит успех выживания всего организма.

Если вы видите человека со странной пошатывающейся походкой: туловище заваливается, чуть ли не падает в бок, шаги какие-то неравномерные по длине, не спешите считать его пьяным. Такое нередко случается у людей с поражением мозжечка. Подобную походку называют «мозжечковая», или «походка пьяного».

Над задним мозгом находится средний. Внутри него «спрятаны» первичные центры обработки зрительной, слуховой, осязательной информации. У среднего мозга есть четыре выпуклости, которые называют холмами, или буграми. Передняя пара бугров получает информацию от рецепторов сетчатки и осуществляет зрительные ориентировочные рефлексы. Вы, наверное, замечали, что глаза перемещаются синхронно (содружественно). За это как раз во многом отвечают передние бугры среднего мозга (под контролем коры).

Задние бугры обрабатывают информацию от рецепторов в улитке уха. Они же обеспечивают сторожевую приспособительную реакцию на новый неожиданный звук. У нас меняется мышечный тонус, учащается частота сердцебиения и дыхания, может повышаться артериальное давление.

Вспомните, как реагирует наше тело, когда мы идем по дороге и внезапно слышим резкий сигнальный гудок авто. Некоторые из нас даже вздрагивают. Это отрабатывают структуры среднего мозга.





Рис. 22. Ствол мозга. Первый этаж




Средний мозг – одна из важнейших структур, обеспечивающих внимание. Он запускает команды, связанные с ориентированием нашего тела в пространстве по отношению к источнику новизны. Представьте, что вы идете по африканской саванне много сотен тысяч лет назад. Вдруг вы слышите шорох. Вы замираете. Голова уже сама повернулась в сторону источника шума. «Что там? Опасность или, может, что-то съедобное?» – всплывает в вашей голове.

Для наших предков важно было быстро среагировать на стимул. Ведь в кустах мог спрятаться хищник или, напротив, добыча. В обоих случаях этот рефлекс среднего мозга играл важнейшую роль для выживания.

На самом деле он до сих пор работает и у нас. И. П. Павлов назвал это ориентировочной реакцией. Когда мы слышим внезапный стимул, к примеру, громкий стук в дверь за спиной, наша текущая деятельность тотчас же прекращается и мы разворачиваемся. Этот рефлекс можно погасить только одним способом – многократным повторением одного и того же стимула.

В свое время выдающийся российский физиолог Евгений Николаевич Соколов предложил нейронную модель процесса внимания.

К тому моменту были открыты нейроны новизны. Это такие специальные клетки мозга, которые реагируют на определенное качество сигнала. Когда вы сидите за столом и вокруг тихо, эти нейроны как бы дремлют. Но как только раздается стук в дверь, они тут же активизируются и запускают процесс реагирования.

И теперь давайте представим, что вы встали из-за стола и подошли к двери. Открыли ее, но там никого нет. Слышен только топот чьих-то быстро убегающих ног.

Вы вернулись обратно к своим делам, и тут вновь раздается стук. Вы опять реагируете. Повторяете свой поход к двери. И опять топот чьих-то ног. Явно кто-то издевается.

Вы возвращаетесь и садитесь за стол. Стук. Еще стук. Еще, еще.

Вы уже не реагируете. Реакция угасла. Знакомо? Но почему? Ведь нейроны новизны должны были активизироваться. Они, кстати, находятся не только в среднем мозге, но и в других структурах, например в таламусе.

Так вот, Соколов очень внимательно проанализировал данные и пришел к выводу, что, когда нейроны-детекторы засекают новый стимул, в мозге формируется модель этого самого стимула, закодированная группой клеток. А мы уже знаем, как это может происходить (на примере сложных объектов, таких как «нейрон бабушки», – там тоже много нейронов собирают информацию по крупицам и отправляют к самому главному).

И когда в следующий раз в мозг приходит тот же сигнал (например, очередной стук в дверь), нервная система как бы сравнивает пришедший сигнал с той моделью, которая была получена до этого. И вуаля! Волшебство! Если параметры совпадают, то и рефлекс вытормаживается. И мы уже не реагируем. На самом деле в этот же момент активизируются и другие клетки, называемые нейронами тождества. Они как раз и тормозят всю систему. Это такая защита мозга от перегрузки однотипными (ничего не значащими) стимулами. Ведь любое реагирование требует затрат ресурсов, а их надо экономить!

Но тут и кроется главное коварство нашего мозга. Этот механизм универсален.

Мозг создает модели стимулов, начинает считать их «неинтересными», и мы перестаем на них реагировать. А ведь стимулами могут быть и новые слова изучаемого нами иностранного языка, и картины великого художника.

Кстати, отчасти по этой же причине мы можем долго-долго гонять по кругу одну и ту же понравившуюся нам песню, но через какое-то время нейронная модель станет частью долговременной памяти (и все, интерес пропал). А зачем спрашивается? От песни ни жарко ни холодно. Ни еды ни воды. А мозгу это неинтересно.

Так вот, тут и «вылезают» все главные проблемы в обучении. Мозг говорит сам себе: «я это видел, на это реагировал, туда мы плавали, это мы знаем». У человека рассеивается внимание, ему становится скучно. И единственное, что способно спасти ситуацию, – это правильная мотивация, которая во многом обеспечивается работой вышележащих структур.

В среднем мозге залегает так называемая черная субстанция. Это важнейшая структура, обеспечивающая нашу мотивацию что-то делать физически. Она действительно выглядит очень темной в световом микроскопе, потому что в ее клетках содержится красящий пигмент – нейромеланин. В черной субстанции находятся нейроны, вырабатывающие дофамин, который затем отправляется в вышележащие структуры второго этажа.

И вот тут начинается самое интересное. Как раз дофамин и позволяет нам осуществлять мелкие и точные движения, да и вообще он оказывает серьезное влияние на нашу общую двигательную активность. Ученые выяснили, что если клетки черной субстанции вырабатывают мало дофамина, то человек, скорее всего, – любитель полежать на диване (как Илья Ильич Обломов из известного произведения И. А. Гончарова). Такой человек не получает особого удовольствия от излишней двигательной активности. Он больше радуется еде, новому сериалу или книге.

А вот если дофамина вырабатывается много, человек очень подвижный (Андрей Иванович Штольц из того же романа). Он испытывает удовольствие, двигаясь. Такие люди часто выбирают активные виды отдыха. Срабатывает эффект положительного подкрепления за счет занятия тем, к чему предрасположена наша дофаминовая система.

Получается, нейрофизиология черной субстанции решает, быть вам живчиком или «любителем дивана». Конечно, есть и промежуточные варианты, когда человек получает удовольствие от разных занятий.

Также в среднем мозге располагаются вегетативные центры, ответственные за сужение и расширение зрачка, что позволяет нам видеть как в ясный день, так и в сумерках. Помните, я упоминал ядро Якубовича? Это как раз его работа. Здесь же залегают ядра глазодвигательных нервов и одно из ядер тройничного нерва.

Выше среднего мозга эволюция надстроила промежуточный. Это последний отдел первого этажа, но, пожалуй, самый развитый. В нем выделяют таламус и гипоталамус. Таламус служит переключателем практически всех видов чувствительности: зрительной, слуховой, тактильной, болевой, температурной, он решает, что отправить выше в кору для дальнейшего анализа.

В гипоталамусе находятся древние центры обоняния, и здесь же располагается настоящий химический компьютер мозга, контролирующий обмен веществ в организме и температуру тела. В гипоталамусе находятся центры боли и удовольствия, центры жажды, голода и насыщения, а также некоторые центры сна и бодрствования.

Именно эти центры инициируют поведение, направленное на удовлетворение той или иной потребности. Когда уровень глюкозы в крови падает, мы получаем сигнал о том, что пора подкрепиться, именно из гипоталамуса. Установлено, что у женщин и мужчин есть различия в строении некоторых ядер гипоталамуса. Вероятно, этим и объясняется специфика поведения разных полов.

В гипоталамусе, а также в гипофизе, образуются энкефалины и эндорфины, обладающие схожим с морфинами действием. Выработка этих веществ позволяет снизить уровень стресса.

Мы выяснили, каким именно образом структуры первого этажа регулируют связанные с жизнедеятельностью функции организма. Вместе эти структуры действуют как слаженная система. Она не прекращает работу, даже когда человек находится в коме или когда часть его тела парализована вследствие травмы позвоночника. То есть это совершенно автономная система жизнеобеспечения человека. Она, словно идеальный хозяйственник, присматривает за нами и готовит наше тело к любым невзгодам. Также на первом этаже мозга находятся основные центры вегетативной нервной системы. Они обеспечивают постоянство внутренней среды организма: поддерживают температуру тела, состав и давление крови, регулируют насыщение органов кислородом и процессы пищеварения.



Второй этаж мозга (эмоциональный мозг)

В процессе эволюции из мозгового ствола сформировались эмоциональные центры. В их состав входят структуры древней и старой коры, которые объединяют в лимбическую систему.

Лимбическая система координирует эмоциональные, мотивационные и биохимические процессы. Она интегрирует две важнейшие функции человека: эмоции и память. Разрушение части лимбической системы приводит к эмоциональной пассивности, а стимуляция – к эмоциональной гиперактивности.

У лимбической системы есть важная особенность: между ее структурами имеются простые двусторонние связи, образующие множество замкнутых кругов. Такая организация создает условия для длительного поддержания в системе одного и того же возбуждения, что позволяет лимбической системе навязывать эти состояния другим системам мозга.

Возможно, именно поэтому нам так тяжело избавиться от каких-то навязчивых эмоций и переживаний. Сигналы возбуждения долго циркулируют внутри замкнутых кругов, постоянно поддерживая нас в эмоциональном напряжении.

Американский невролог Джеймс Пейпец выделил целую группу структур, связанных с эмоциями, включив в их число гиппокамп, передние ядра таламуса, цингулярную кору и парагиппокампову извилину. Именно эти структуры имеют отношение к памяти и процессам обучения. Важнейшая функция лимбической системы – взаимодействие с механизмами памяти. Долгое время исследователи вообще не могли обнаружить структуры, отвечающие за нашу память, пока не произошел один примечательный случай, навсегда вошедший в историю медицинской науки.





Рис. 23. Строение лимбической системы мозга