Запутанный мозг. Путеводитель по нейропсихологии

Из этой главы вы узнаете:

♦ как развивался человеческий мозг;

♦ каковы основные элементы мозга;

♦ как работают таламус и лимбическая система;

♦ какова функция головного мозга.

Что делает человека особенным? На этот вопрос отвечают по-разному, причем каждый по-своему. Предположения выдвигаются самые разные: это и умение сочинять и рассказывать истории, и владение навыками работы в коллективе, и способность сохранять информацию, и умение смеяться, воображать, пользоваться языком, учиться и решать сложные задачи.

Выдвигалось даже предположение, что мы отличаемся тем, что практически ничем не отличаемся: у нас нет ни особенных рогов, ни зубов, ни других природных орудий защиты и нападения; даже способностью быстро бегать мы тоже не наделены. И хотя мы можем выполнять всевозможные физические движения и даже тяжелую физическую работу, всегда найдутся животные, которые могут делать это гораздо лучше нас. А поскольку мы не выделяемся чем-то особенным в отношении физических способностей, умений и признаков, нам ничего не остается, как самыми разными способами выполнять то, что мы умеем и на что способны.

Все сказанное выше в той или иной мере справедливо. Но все это упирается в некую основу, некую реалию, которая и дает нам возможность выполнять все это, и этой основой, этой реалией является по-особенному развитый мозг, который есть только у нас, людей, и который позволяет нам особым образом взаимодействовать с нашими мирами – физическими, социальными и воображаемыми. Мозг – это действительно нечто особенное, и именно он делает нас, людей, такими, какими мы являемся.

Мозг дает нам возможность видеть то, что нас окружает. Он наделяет смыслом все наши действия и дает нам возможность совершать эти самые действия: целенаправленно двигаться и делать то, что мы считаем нужным или желаемым. Он наделяет нас способностью слышать: улавливать и осмысленно интерпретировать вибрации воздуха, определять, откуда они исходят и какова их причина. Эту же функцию мозг выполняет и для других наших чувств, включая сенсорные рецепторы, которыми снабжено наше тело и которые сообщают нам, чем именно заняты наши мышцы, связки и сочленения. Мозг позволяет нам самоопределиться в этом материальном мире и установить с ним отношения: воспринимать информацию от него и реагировать в соответствии с ней.

Но в действительности наш мозг способен на гораздо большее. Он дает нам возможность запоминать происходящее, причем различными способами. Мозг не только сохраняет сознательные воспоминания вроде адреса и ПИН-кода, но и позволяет нам вспомнить то, что происходило в прошлом, и даже помнить (бо́льшую часть времени) о том, что нам надлежит сделать в будущем. Он хранит всю необходимую информацию, связанную с нашими умениями и навыками, так что мы совершаем действия или прибегаем к знаниям совершенно автоматически, ни на миг не задумываясь о том, с какими шагами это связано и в какой последовательности их совершать; и он же хранит все наработанные нами стереотипы, шаблоны мышления и значения, так что мы сразу же распознаем смысл или разумность всего нового, с чем сталкиваемся. Он даже наделяет нас умением воображать или представлять то, что случится в будущем, – или то, что вообще не случится.

Как существам социальным нам важно, чтобы мы умели распознавать других людей, их лица и внешний вид, отличать знакомых от незнакомых, своих от чужих, – и этим умением тоже нас наделяет мозг. Он же позволяет нам закреплять наши привязанности, устанавливать и развивать наши взаимоотношения с окружающими (а они суть основа жизни в социуме), а также общаться с другими людьми, пользуясь для этого словами, знаками или символами. На более абстрактном уровне мозг дает нам возможность управлять тремя жизненно важными навыками: чтением, письмом и счетом (арифметикой), – за каждый из которых отвечают особые участки мозга. Но быть человеком – это нечто большее, чем просто обладание психическими навыками такого рода; это подразумевает способность проявлять симпатию и сочувствие по отношению к другим, а ведь именно она и делает нас людьми. И в этом смысле мозг тоже снабжает нас всем необходимым, а именно механизмами самопознания, самоопределения и сочувствия.

Кроме того, у нас есть эмоции, а они возможны только благодаря особому развитию и устройству нашего мозга. Мы испытываем чувства гнева, страха, счастья и отвращения, мы ощущаем удовольствие и боль и откликаемся на похвалу и ласку. Бывают такие ситуации, когда мы настороже и бдительны, а бывают такие, когда мы возбуждены и взволнованы; бывают ситуации, когда мы спокойны, расслаблены или находимся в состоянии задумчивости, а бывают и такие, когда мы просто погружены в сон. Эти состояния сознания – часть работы нашего мозга. А кроме того, как люди, живущие современной жизнью, мы ежедневно в самых разных ситуациях принимаем решения. И принимать их на самых различных уровнях, от решения выпить чашечку кофе до приобретения дома, помогает наш человеческий мозг. Мозг – поразительная структура, и в этой книге мы рассмотрим все указанные аспекты его деятельности.

Как появился мозг

Почему наш мозг так сложен? Каким образом он достиг такой степени сложности? Если мы обратимся к истории эволюции, то обнаружим, что у первых животных вообще не было мозга: это были простейшие одноклеточные организмы, чем-то напоминающие современную амебу; они плавали в жидкой среде и поглощали частички пищи, которые вместе с водой просачивались сквозь их прозрачную оболочку. По мере развития более сложных животных организмов одним из наиболее важных их преимуществ стало то, что они научились определять близлежащие источники пищи. У них начали развиваться специализированные клетки, которые способны выявлять химические изменения в окружающей среде, вызванные находящейся неподалеку пищей, тогда как другие клетки специализировались на том, чтобы направлять тело к этой пище. Кроме того, у них развивалась центральная связующая система, благодаря которой информацию, воспринимаемую ими из окружающей среды, они использовали для того, чтобы подстраивать под нее свои действия и, соответственно, направлять к ней свои движения. Эта центральная связующая система действовала как координатор между поступающей информацией и конечным действием.

И это было начало всего. Первая нервная система была устроена очень просто: она представляла собой ступенеобразную сеть из волокон, пронизывающих тело и соединенных с простыми трубками, которые мы называем нервными трубками. Нечто подобное есть у современных плоских червей, или планарий. Это, так сказать, основа основ, базовая нервная система, но мы уверены в ее эффективности, поскольку планарии здравствуют и по сей день. По мере того как организмы животных становились все сложней, усложнялась и структура нервной системы. Передний конец нервной трубки начал увеличиваться: это был своего рода координационный центр, принимавший информацию от датчиков-извещателей, распознававших источник пищи, света или какую-то другую информацию вроде вибраций, говоривших о том, что поблизости находится нечто большое. Эти датчики в конце концов стали органами чувств, а увеличившийся конец нервной трубки стал мозгом. Другая же часть трубки, шедшей вдоль тела, преобразовалась в позвоночник, а клетки, передававшие информацию к нему и от него, стали соматическими нервами. Но, каким бы сложным ни было это устройство, в основе своей оно оставалось (и остается сейчас) всего лишь трубкой. Просто сегодня на своем конце она имеет гораздо больше шишковидных наростов, чем у той же планарии.

К моменту появления динозавров устройство животных стало куда более сложным. Образовавшийся из утолщения на переднем конце нервной трубки мозг хоть был и не очень большой, но уже имел различные части, что давало ему возможность координировать различные механизмы тела, необходимые для поддержания жизнедеятельности, – потоотделение, пищеварение и сердцебиение. Этот мозг принимал информацию от органов чувств, ставших гораздо более сложными: они были не просто снабжены отдельными органами и нервами, но и неделимо связаны со специализированными участками мозга. Движение и равновесие тоже стали жизненно важными функциями, и развитие значительной части мозга было направлено на то, чтобы управлять ими. Тогда же начал развиваться некий прообраз памяти, пусть и не такой сложной, как та, которой мы пользуемся сегодня. Мозг у динозавра был крошечным по сравнению с нашим мозгом, мозгом современного человека, но, как свидетельствуют палеонтологи, даже такой мозг справлялся со своими задачами довольно-таки хорошо. Динозавры царствовали на суше многие миллионы лет, а их потомки – птицы – соседствуют с нами до сих пор.

То же самое можно сказать и о мозге других представителей животного царства вроде рыб, амфибий и пресмыкающихся: он развивался и усложнялся. Адаптация к различным экосистемам и источникам питания привела к развитию самых разных видов живых тварей. Одни экосистемы побуждали их развивать чувство обоняния, доведя его до высот совершенства и утонченности, поэтому часть мозга, заведовавшая обонянием, соответственно увеличилась. Другие экосистемы требовали острого зрения, а стало быть, увеличилась та часть мозга, которая отвечала за зрение. Некоторые животные выработали предельную чувствительность к вибрациям воздуха, а это, в свою очередь, привело к увеличению центра мозга, отвечавшего за слух, – и т. д. в том же духе. По мере развития животных, адаптировавшихся к окружающей среде, развивался и их мозг – с тем, чтобы координировать эту адаптацию.

Во времена динозавров возник другой вид животных – млекопитающие. У них стала развиваться другая особая часть мозга, которая контролировала и регулировала температуру тела. В результате млекопитающие могли вести активный образ жизни по ночам, избегая тем самым встреч с пресмыкающимися хищниками, зависевшими от солнечного света и получавшими от него тепло и энергию. Развитие млекопитающих пошло иными путями: они начали вскармливать молоком своих детенышей и обеспечивать их пищей после рождения, что давало возможность молодняку в безопасности изучать и исследовать окружающий их физический мир. Небольшая часть мозга млекопитающих специализировалась на адаптации и обучении, благодаря чему они могли быстро приспосабливаться к непредсказуемым или изменившимся условиям окружающей среды. Все это привело к тому, что, когда мир изменился и динозавры вымерли, млекопитающие сумели выжить и воспользовались теми экологическими ресурсами, которые динозаврам были уже ни к чему.

Мозг млекопитающих, как и мозг других животных, тоже адаптировался к требованиям среды. Животные, служившие добычей для хищников, стали необычайно восприимчивы к сенсорной информации, выработав острые рефлексы, позволявшие им быстро реагировать на внешнюю угрозу. Но и хищные животные тоже развивались сходным образом, поскольку инстинкт выживания требовал, чтобы они ни в чем, в том числе и в быстроте реакций, не уступали жертвам и могли схватить их. Одни животные были травоядными и жили только за счет растений, тогда как другие были всеядными и потребляли любую пищу, какую только им удавалось найти. И – что самое важное – некоторые из них жили социальными группами и сообща пользовались природными ресурсами.

Поскольку социальная жизнь стала важным фактором выживания, требовавшим постоянного взаимодействия и сотрудничества, это привело к тому, что млекопитающие стали жить в постоянно меняющейся среде, поэтому наиболее развитыми у них оказались те части мозга, которые позволяли им приспосабливаться к изменениям, общаться между собой и передавать важную информацию. Поэтому именно животным, жившим социальными группами, удалось развить многоцелевой мозг, наделявший их способностью адаптироваться к различным условиям, взаимодействовать с различными особями, отслеживать новые возможности и решать проблемы. И в одной из групп млекопитающих эти способности возымели столь большую роль, что она в конце концов возобладала над всеми другими.

Когда мы смотрим на головной мозг современного человека, то главным образом видим две его половины: ту часть, которую мы используем для обдумывания, размышлений, учебы, общения, принятия решений, воображения, да и всего того, что делает нас людьми, и другую, вмещающую более древние участки мозга, но и более обширную, подчиняющую себе почти весь мозг. А поскольку именно эта часть, эта внешняя оболочка, или кора головного мозга, делает бо́льшую часть работы, то мозг изобилует складками и морщинами, позволяя уместить в небольшое по объему пространство черепа значительную поверхность. Человеческий мозг – одна из самых поразительных вещей, известных нам сегодня, и поверьте: пока мы не оставим попыток в полной мере понять, почему он так устроен и как он действует, безработица не грозит нашим ученым – ни нынешним, ни грядущим их поколениям.

Головной мозг

В этой книге мы рассмотрим, что именно известно современным ученым о работе головного мозга и его различных функциях. Но прежде чем начать, давайте взглянем на различные части мозга: даже путем простого осмотра можно многому научиться и понять, как шло развитие каждой его части. Давайте для начала рассмотрим самые основные нервные функции, которые необходимы развивающемуся животному: способность двигаться и умение избегать боли. Это возвращает нас к древней нервной трубке. В нашей центральной нервной системе есть эквивалент такой трубки, хотя он, разумеется, имеет неизмеримо более сложную структуру. Это позвоночник – трубка с нервными волокнами, которая тянется вдоль всей спины, соединяя нервные волокна нашего тела с мозгом. Если мы рассмотрим позвоночник в поперечном сечении, то увидим, что он действительно напоминает трубу: он тоже имеет полость. Полость эта заполнена питательной жидкостью – так называемым серым веществом, состоящим по большей части из тел нервных клеток. В свою очередь, серое вещество окружено белым веществом – нервными волокнами, переносящими информацию от мозга и к мозгу. Поэтому позвоночный столб – основной путепровод для информации, которой обмениваются между собой тело и мозг. Вот почему люди, у которых поврежден позвоночник, часто оказываются парализованными: их мозг пытается привести мышцы в движение, но приказы, посылаемые мозгом, до мышц не доходят.

Рисунок 1.1. Позвоночник в поперечном сечении

Однако не всякое движение управляется мозгом. Позвоночник тоже играет здесь определенную роль: он, например, контролирует некоторые наши рефлексы, в частности быстрое сокращение мышц, происходящее в ответ на боль. Это наиболее ярко выражено в тех случаях, когда вы непроизвольно отдергиваете руку от горячей поверхности. Вы это делаете мгновенно, не задумываясь, поскольку сообщение о том, что поверхность горячая и вызывает боль, посылается от органов чувств прямо по позвоночнику. Мгновенно проносясь по этому проводнику, оно передается нервным клеткам, и уже они дают команду отдернуть руку. Так что указанному сообщению или сигналу совсем необязательно проделывать весь путь от рецепторов к мозгу. Это называется рефлексом, а поскольку рефлекс – основной механизм выживания, он контролируется древнейшей частью нервной системы. Происходит следующее: сообщение – боль, неожиданное давление или что-либо еще – воспринимается сенсорными нервными клетками, которые передают эту информацию нервным клеткам позвоночника. Отсюда сообщение незамедлительно передается двигательным, или моторным, нервным клеткам; те же связаны с мышцами и мгновенно дают им команду сократиться. Именно поэтому вы отдергиваете руку, вскидываете вверх ногу или реагируете так, как диктует непроизвольный рефлекс.

Верхняя часть позвоночника утолщается и переходит в собственно мозг, становится его частью. Утолщенная часть называется костным мозгом, и если мы примем во внимание, что именно эта часть нервной системы подверглась развитию сразу вслед за позвоночником, мы без труда поймем, что она тоже неразрывно связана с базисными функциями. Костный мозг – это та часть головного мозга, которая регулирует основные функции тела, такие как дыхание, глотание, пищеварение и сердцебиение – функции, наиболее существенные для всех животных, не считая самых простейших. Таким образом, головной мозг – это система, наделяющая животное способностью двигаться, реагировать на боль, есть, дышать и распределять питательные вещества по всему телу. Но если животное стремится выжить в этом невероятно сложном мире, ему необходимо быть настороже, быть готовым к бегству, если что-то угрожает его жизни. Продвинувшись чуть вверх от костного мозга, мы обнаружим, что ствол мозга становится еще толще, превращаясь в то, что в нейрохирургии называется средним мозгом. Средний мозг состоит из нескольких различных частей. Одна из них – это ретикулярная активирующая система, которая регулирует различные состояния организма: сон, бодрствование и внимание. У людей и других высших млекопитающих ретикулярная активирующая система способна «переключаться» на более обширные зоны коры головного мозга, так что мы оказываемся бдительны и внимательны ко всему, что происходит вокруг нас. У этой системы несколько сенсорных путей передачи информации и множество связей с другими областями мозга. Если мы как следует поразмыслим о ее эволюционном происхождении и о том, сколь насущна для животных бдительность для выживания в этом опасном мире, мы поймем, почему эта часть мозга подверглась развитию в первую очередь.

Средний мозг также включает в себя верхние и нижние двухолмия – овальные структуры, отвечающие за самые базисные сенсорные процессы: верхние двухолмия – за зрение и осязание, а нижние – главным образом за слух. Они не связаны напрямую с высшими уровнями мозга, зато имеют прямую связь с нашим вниманием и нашей двигательной системой, сразу же оповещая нас об опасности, например в случае внезапной вспышки или взрыва. Понятно, что эти системы чрезвычайно полезны для животных в процессе выживания, ведь по мере развития мозга усложняется также и их манера движения. Еще одна часть среднего мозга – варолиев мост – служит главным маршрутом, по которому осуществляется связь между телом и мозжечком. Варолиев мост не только координирует центр, отвечающий за плавность движений, но и способствует процессам сна, сопровождаемого сновидением, причем это относится как к животным, так и к людям. Есть также мнение, что он специально сформировался в процессе эволюции, с тем чтобы помочь животным в образовании нейронных проводящих путей, необходимых для поддержания плавного движения. Когда мы видим, например, спящую собаку, которой снится сон, нам ясно, что она во сне бежит за чем-то или охотится на кого-то, и это, возможно, напрямую связано с отработкой физических навыков. В главе 6 мы еще вернемся к вопросу о том, как мысленная отработка движений способствует развитию и закреплению навыков и умений.

Рисунок 1.2. Структура головного мозга

Варолиев мост связан с мозжечком – морщинистым выпуклым телом, выступающим в задней части головного мозга. Его иногда называют «малым мозгом», поскольку он способен осуществлять куда более сложные функции, чем просто поддержание в готовности двигательной системы животного. Как видим, он играет важную роль и в развитии навыков и умений. Когда мы впервые осваиваем новый навык, наши движения поначалу слишком резки, порывисты и неуклюжи, поскольку мы сознательно задумываемся над тем, как осуществить то или иное движение. Но по мере того, как мы нарабатываем эти движения, контроль над последовательностью действий переходит к мозжечку, и движения становятся плавными и автоматическими, так что нам больше нет нужды задумываться над ними. Мозжечок не планирует самостоятельных движений (это делает головной мозг), но он дает гарантию того, что все наши действия скоординированы, хорошо рассчитаны и точны.

Как и сам головной мозг, мозжечок тоже делится на две половины, а его поверхность покрыта глубокими морщинами и складками, очень напоминающими мехи аккордеона. Из этого следует, в частности, что внешние слои столь же важны для функционирования мозжечка, как и внутренние (впадины и складки увеличивают общую площадь поверхности). Складки свидетельствуют о том, что поверхности мозжечка отводится бóльшая часть его структуры, а другая, меньшая, включает в себя нервные волокна, которые находятся непосредственно под складками, и небольшую заполненную жидкостью полость, называемую желудочком, расположенную в месте, где мозжечок смыкается с варолиевым мостом. Мозжечок, помимо всего прочего, осуществляет контроль над равновесием – функцией, которой ведает небольшая шишка, расположенная как раз между двумя половинами. Большинство лекарств, назначаемых врачом с целью восстановления двигательных функций, если они были нарушены той или иной болезнью, воздействуют именно на эту область мозга. У людей мозжечок также включает в себя несколько нервных путей, которые задействованы в таких процессах, как привлечение внимания, усвоение языка, а также реакции на страх и удовольствие. Как видите, мозжечок – очень важная часть мозга у всех высокоорганизованных животных. Эти структуры в совокупности поддерживают все наиболее важные процессы, протекающие в организме, поэтому понятно, почему именно они развивались в первую очередь.

Таламус и лимбическая система

Затем в мозге начали развиваться еще более сложные структуры. Если у более простых животных наличествовали лишь органы чувств того или иного рода, реагировавшие на свет, вибрации или изменения в химическом составе жидкости, за счет которой они жили, то у некоторых более сложных представителей животного мира начали развиваться, соответственно, и более сложная система восприятия, и более сложные структуры мозга. Например, в промежуточном мозге, т. е. в пространстве выше среднего мозга, но ниже головного, находится большая область компактных клеток, известная как таламус. Он тоже делится на две части и играет роль своеобразной релейной станции для приема и усиления сенсорной информации и двигательных сигналов, идущих к мышцам.

Таламус, принимая информацию от чувствительных нервов, от глаз и ушей, совершает определенную дешифровку этих сигналов, затем передает эту информацию в головной мозг, а уже от головного мозга он принимает команды о тех или иных исходящих движениях и передает их мышцам тела. Как и некоторые другие подкорковые структуры, он в известной мере участвует также в процессах сна и бодрствования: эти состояния не контролируются исключительно какой-то одной зоной головного мозга, а находятся в ведении многих областей.