Из чего сделан мозг?

Разобрать мозг, чтобы понять, как он устроен, люди пытались испокон веков.

Еще в XVI веке пытливый анатом Варолий копался в мозге, чтобы узнать, где именно там включается и выключается эрекция.

И, кстати, докопался и узнал[55].

Следы исследований мозга проявляются даже в нашем языке.

Про внимательного человека, который все замечает, говорят: «у него глаза на затылке».

Про человека, который не может решить какую-то проблему, – «он бьется лбом о стену».

Про человека, который только post factum понимает, как надо было поступить, – «задним умом крепок».

И вот что удивительно: все так и есть! Глаза у нас на затылке, проблемы мы решаем лбом и задним умом соображаем гораздо лучше.

Мы привычно считаем, что мозг – это мозг, то есть один, единый орган. Однако на самом деле это совсем не так. Мозг – это целый организм, система органов, взаимодействующих друг с другом.

Если бы мы вдруг решили устроить экскурсию по мозгу – традиционную, с экскурсоводом, который говорит в микрофон: «Посмотрите направо, посмотрите налево…», – то начать ее нужно было бы с полушарий.

У мозга два полушария – это всем известно. Менее известно, что разделение мозга на два полушария, кроме всего прочего, имеет и защитные функции. Если какой-то орган одного полушария получает повреждение, то мозг способен передавать его функции аналогичному органу в другом полушарии[56].

Всю поверхность обоих полушарий покрывает кора. Вопреки своему названию кора – это не защита. Кора – это отдельная и очень важная структура головного мозга, его самый большой по площади отдел. Разные участки коры имеют разное назначение.

Например, весь огромный видеопоток, который транслируют в мозг наши глаза, интерпретируется в затылочной части коры специальным участком, который так и называется – «зрительная кора».

Поэтому выражение «глаза на затылке» – чистая правда.

А всю аудиоинформацию, которую получают наши уши, расшифровывают височные участки коры.

Кора собрана в складки – извилины. Но выражение «шевели извилинами» никакого отношения к реальности не имеет, поскольку извилины не связаны с мыслями, а их количество не определяет ни силу ума, ни интеллект.

Складки коры нужны мозгу для того, чтобы упаковать большую по площади кору в небольшой объем.

Если взять кору головного мозга и растянуть, расправив все складки, получится «отрез ткани» размером примерно 70 на 70 сантиметров. Это размеры стандартной наволочки.

Попробуйте взять наволочку и накрыть ею голову, и сразу поймете, зачем мозгу нужны извилины.

Название «кора головного мозга» создает ложное ощущение чего-то второстепенного, чего-то, под чем, собственно, находится «настоящий мозг».

Но на самом деле это абсолютно не так.

Толщина коры составляет всего 1,5–4,5 мм. Однако именно кора является главной в иерархии всех структур мозга. Это высший отдел центральной нервной системы. Кора обеспечивает функционирование мозга как единого целого. Собственно, кора, точнее неокортекс, – это и есть наш мыслящий мозг.

За всю нашу мыслительную деятельность отвечают лобные доли коры.

Они самые большие по площади. Решая сложные проблемы, мы не случайно «бьемся лбом о стену», потому что основная функция лобных долей – мышление.

Кроме того, лобные доли – это наш моральный кодекс. Так и хочется сказать, что во лбу у нас сидит сердитая вахтерша общежития, которая пристально за нами следит: как одеваемся, как говорим, с кем гуляем, возвращаемся ли домой вовремя.

Височные доли коры, находящиеся рядом с ушами, отвечают за всю аудиоинформацию – анализ и синтез речи, распознавание слов, интонаций, ритма и музыки. Кроме того, в височных долях мозга под корой располагается центр наших эмоций. Возможно, именно поэтому музыка оказывает на нас такое сильное эмоциональное воздействие.

Теменные доли коры, расположенные на самой «макушке» мозга, занимаются пространственной ориентацией тела. В теменных долях расположен наш внутренний GPS, который подсказывает нам, где мы находимся и как найти дорогу домой. Плюс теменные доли отвечают за координацию движений конечностей – например, за то, как должны двигаться руки, чтобы застегнуть пуговицу.

Больные Альцгеймером часто не могут совершать простых действий потому, что у них поражена теменная доля и они просто не помнят порядок движений при умывании, одевании или завязывании шнурков.

Прежде существовало представление, что кора мозга – это наше сознание. А подкорка, точнее подкорковые структуры, – соответственно, подсознание. Про навыки, которыми мы пользуемся, не задумываясь, на автомате, говорят – «на подкорке записано».

В реальности, конечно, это очень упрощенное представление, которое мало соответствует реальности.

Под корой находятся органы, или центры мозга, взаимодействие которых обеспечивает его нормальную работу.

Всего же в мозге больше 30 разделов. И в их организации не так просто разобраться, поскольку, как ни удивительно, но единой, общепринятой схемы строения мозга не существует.

Деление мозга на части или отделы зависит от подходов разных авторов и школ. Одни берут за основу функциональную деятельность, другие опираются на последовательность формирования мозга в эмбриональном периоде, третьи руководствуются его физической структурой.

Но в общем и целом мозг делится на три части – ствол, который является продолжением спинного мозга, мозжечок и большой мозг, то есть два полушария, которые покрыты корой.

Ствол в основном отвечает за рефлексивные действия, такие как чихание, кашель или рвота, сужение или расширение зрачков, сосудистую и пищеварительную систему.

Именно здесь пытливый Варолий нашел-таки раздел, отвечающий за эрекцию. С тех пор этот раздел так и называется – «варолиев мост». Этот раздел отвечает еще за то, чтобы отключать двигательные функции во время сна. Если бы не он, то во сне мы бы физически выполняли все те действия, которые нам снятся.

Мозжечок находится в основании большого мозга. Возможно, поэтому говорят: «мозжечком почувствовал». Это один из самых первых разделов, который был описан исследователями мозга. Мозжечок впервые описал римский хирург Гален в 177 году нашей эры.

У мозжечка есть удивительное свойство – он поразительно похож на большой мозг в миниатюре. У мозжечка тоже есть два полушария – как и у большого мозга. И оба этих полушария тоже покрыты корой. Невольно создается впечатление, что мозжечок – это своего рода бета-версия большого мозга, испытательная модель, из которой потом вырос большой мозг.

Но конечно – как и полагается окончательной версии, – большой мозг намного сложнее мозжечка. Под корой двух полушарий большого мозга находятся его внутренние органы, или отделы. Каждый – имеет свои функции. Многие из этих функций уже известны, однако новые функции продолжают открывать каждый год.

Например, недавно было обнаружено, что есть специальный орган, отвечающий за нашу совесть, и еще один, который обеспечивает, хотя и не всегда успешно, нашу правдивость[57].

За положительные и отрицательные эмоции в нашем мозге отвечают миндалины: за наши негативные эмоции отвечает правая миндалина, а за позитивные – левая.

Нам часто кажется, что положительные эмоции важны и полезны. А от отрицательных нужно избавляться. Однако в реальности для мозга и положительные, и отрицательные эмоции имеют абсолютно одинаковое значение.

Потому что и те и другие имеют свои задачи. Отрицательные эмоции – биологический механизм выживания, это сигнал тревоги. Положительные эмоции – сигнал возвращенного благополучия.

Отрицательные эмоции нам даже ближе – поскольку с отрицательными эмоциями мы знакомимся с первых минут появления на свет, а положительные – формируются гораздо позже[58].

Консолидацией нашей памяти занимается гиппокамп – это специальный орган, который связывает свежую информацию со старой. Именно гиппокамп анализирует всю собранную другими органами информацию и решает, что забыть, а что отправить на хранение[59].

Любопытно, что мы знаем, какой орган отвечает за консолидацию памяти, но по-прежнему не знаем, где память находится. У мозга нет органа, где хранилась бы память. И попытки ученых выяснить, где мозг хранит этот гигантский объем информации, продолжаются до сих пор.

Сегодня существует предположение, что память хранится непосредственно в ядрах клеток мозга[60].

Но где бы она ни хранилась, весь наш жизненный опыт мозг бережно собирает, анализирует и хранит. И любую новую информацию воспринимает только в связке с той, которую получил прежде. Мы действительно «крепки задним умом», потому что наш мозг воспринимает настоящее только с точки зрения прошлого опыта.

Нашими удовольствиями тоже занимается специальный орган – стриатум. Точнее, стриатум[61] – это не центр удовольствий, а центр поощрений.

Да-да, именно поощрений. Во взаимоотношениях с нами наш мозг активно использует внутренние наркотики, которые сам же и производит. А потом с их помощью поощряет нас за то, что, с его точки зрения, заслуживает поощрения, – за хорошее поведение, за сделанную работу, за достижения или новые знания.

Мы получаем от мозга поощрение гормоном дофамином. Дофаминовая зависимость по силе вполне сравнима с игроманией и алкоголизмом. Попасть в зависимость от поощрений собственного мозга – вполне возможно. Вероятно, что именно с этим связан синдром «отличника» или комплекс «хорошей девочки». Мы привыкаем к поощрениям дофамином, которые получаем от мозга за свои достижения, и уже не можем от них отказаться.

Центр по производству гормонов – гипофиз – находится в самом центре нашего мозга. Именно гипофиз и связанный с ним эпифиз считались мистическим «третьим глазом», которому в течение многих сотен лет мистики присваивали самые различные магические функции.

И в некотором смысле это не так уж далеко от реальности. Гипофиз – это фабрика по производству гормонов, регулирующих огромное количество важнейших процессов, определяющих нашу жизнь. Например, гипофиз контролирует выработку окситоцина – гормона нежности, любви и привязанности, который снижает стресс и помогает адаптироваться в социуме. Или мелатонина[62] – гормона, регулирующего наши ритмы сна и бодрствования и активности в течение суток. Когда вечером вы чувствуете сонливость и говорите, что устали, в реальности ваша «сонливость» – это просто результат выделения гормонов, которые вызывают у вас эти ощущения.

Мозгу ваше время сна необходимо для работы с информацией, собранной за день, поэтому, когда ему приходит время начинать эту работу, он производит гормоны, вызывающие у вас ощущение сонливости и усталости.

Всего гипофиз и подчиненные ему органы вырабатывают больше 100 видов гормонов, контролирующих самые разные виды нашей деятельности – от ярости и счастья до репродукции и цвета волос.

Когда мы читаем о том, как организован мозг, или слушаем об этом лекции, часто создается впечатление понятной и знакомой нам логики. Все на своем месте, у каждой части мозга – своя специализация.

Это впечатление – ложное.

На самом деле то, как организован мозг, скорее соответствует принципам «упорядоченного хаоса», чем формальной логике.

Левое полушарие мозга управляет правой половиной тела, а правое – левой. Зачем нужно было все так запутывать – непонятно. Но, так или иначе, вся информация, которую собирают наше левое ухо или левый глаз или нащупывает левая рука, поступает в правое полушарие. А все, что узнает правое ухо, правый глаз или правая рука, – в левое.

И это еще что!

Вся аудиоинформация интерпретируется в височных долях мозга, расположенных возле ушей, что вроде бы вполне логично. Но тогда почему видеоинформация обрабатывается в затылочной части – самой далекой от глаз?

Казалось бы, разумно сгруппировать все сходные функции по специализированным разделам мозга примерно так же, как мы делаем, когда организуем кухню, или кабинет, или файлы компьютера – здесь кастрюли, здесь ножи и вилки, здесь фото, а здесь – тестовые файлы.

Вы думаете, так мозг и организован? Ничего подобного!

За обработку и интерпретацию всей визуальной информации отвечает зрительная кора в затылочной доле.

Но при этом распознаванием лиц занимается веретеновидная извилина, расположенная в височной доле, которая, вообще-то, занимается анализом звуков.

А за процессирование трехмерных видеообразов отвечает вообще теменная доля.

За движения каждой части нашего тела – колена, плеча, локтя, пальца, кисти, глаз и даже языка – отвечают разные части теменных и височных долей. А за координацию, скорость, направление и силу движений – мозжечок, расположенный совершенно в другой части мозга. И то только в том случае, если это контролируемые движения. А если движения произвольные, такие как ходьба и бег, то это уже ответственность лобной доли.

Речью занимается одно полушарие, а интонациями речи – другое. Если работа одного полушария нарушается, а другое работает нормально, то человек произносит абракадабру, которая интонирована как связная речь[63].

Центр по производству гормонов – гипофиз – находится в самом центре нашего мозга.

Как-то еще можно понять, почему теменные доли отвечают за положение тела в пространстве и одновременно за интерпретацию информации о тепле, холоде или боли. В концов концов, перемещаясь в пространстве, мы часто и испытываем холод, тепло или боль.

Но вот по какой логике вместе с этими функциями теменная доля отвечает за складывание частей в целое – например, букв в слова?

Выражение «в голове путаница» не так уж и далеко от истины. В вашем смартфоне весь его функционал аккуратно распределен между специализированными аппликациями.

Но только мозг – не смартфон.

То, как мозг организован, невольно заставляют вспомнить слова английского писателя Терри Пратчетта: «Хаос всегда побеждает порядок потому, что он намного лучше организован».

Почему мозг организован так, как он организован, достоверно неизвестно. Но вполне вероятно, что в какой-то степени такая организация связана с безопасностью и надежностью работы мозга.

Наш мозг фантастически хорошо защищен. Мало того, что его защищает череп. Мало того, что под черепом находится три защитных слоя.

Мало того, что многие центры мозга дублированы. Но в дополнение ко всему хаотичное распределение функций создает для мозга еще одну возможность компенсировать повреждения за счет работы других центров – тех, которые и прежде их частично выполняли.

Второго марта 1943 года 23-летний младший лейтенант Засецкий получил проникающее ранение в голову, в область левой затылочно-теменной области. И в результате потерял способность – разучился – писать и читать из-за повреждений тех частей мозга, которые задействованы в этом процессе.

Засецкого лечил известный нейропсихолог Александр Лурия. И очень скоро поврежденный мозг лейтенанта нашел обходные пути. Для восстановления навыков письма мозг задействовал моторную и двигательную память. Как сам Засецкий писал в своих воспоминаниях, он просто представлял себе слово и позволял руке написать его на автомате, ведь его рука «помнила» последовательность движений. Читать он научился заново, создав ассоциативные связи с каждой буквой. Букву З связал со своей фамилией, букву Ш с именем родного брата Шура. Таким образом, он выучил весь алфавит заново, запомнив буквы не по их виду, а по ассоциативным связям.

Похожие механизмы работы мозга обнаружил и американский нейробиолог Эдвард Тауб из Университета Алабамы, который занимался исследованием пациентов, перенесших инсульт и получивших в результате этого паралич одной из конечностей.

Пациентам фиксировали здоровую руку и предлагали по 6 часов в день пытаться двигать нерабочей рукой. В результате выяснилось, что при таком подходе функции парализованной руки восстанавливаются в среднем через две недели. Потому что мозг начинает использовать для управления рукой другие, не поврежденные инсультом центры.

Степень защищенности мозга и его способности к компенсации травм хорошо иллюстрирует вот какой случай.

Двадцатидвухлетний американец Терри Уоллес попал в автомобильную аварию и получил чудовищную травму черепа. Уоллес выжил, но его мозг фактически был уничтожен во время удара. Уоллес пролежал в глубокой коме девятнадцать лет. И в один прекрасный день очнулся. Он помнил, как его зовут и что с ним произошло. Когда врачи провели сканирование, они с огромным удивлением обнаружили, что мозг Уоллеса за девятнадцать лет коматозного состояния сам себя восстановил и вырастил новые нейронные связи.

Но даже этот почти фантастический случай еще не предел. Существуют хорошие задокументированные случаи, когда люди были способны полноценно существовать… без мозга вообще, с пустой черепной коробкой.

Голландец Ян Герлинг прожил 55 лет, был одним из лучших часовщиков в стране. Но на вскрытии в его черепной коробке обнаружилась только вода.

Некий 22-летний студент из шотландского города Шеффилда прекрасно учился, имел IQ 126 и не испытывал никаких проблем с головой, кроме одной – мигрени. Студент в конце концов обратился к врачам, его направили на рентген, и вот тут-то все очень удивились. В черепной коробке молодого человека вообще не было мозга.

Ровно то же самое было обнаружено в случае с неким 44-летним французом, обратившимся к врачам с проблемой, вообще не связанной с мозгом. При обследовании случайно выяснилось – у мужчины почти отсутствовал мозг, а вся его черепная коробка была заполнена жидкостью. У этого француза была семья – жена и дети, была работа. И до этого похода в больницу он вообще не чувствовал, что с ним что-то не так.

Какие именно части организма в этих ситуациях брали на себя функции мозга и каков был механизм этого процесса – неизвестно. Однако можно однозначно сказать, что выражение «безмозглый человек» вовсе не является оскорблением, а является просто констатацией вполне реальной физической возможности.

«Наш мозг – это чрезвычайно распределенная параллельная система с несметным количеством точек принятия решения и центров интеграции… Миллионы нейронных сетей – это туча вооруженных отрядов, а не одинокий солдат, ожидающий приказания командира».

Майкл Газзанига (Michael Gazzaniga), нейропсихолог, директор Центра по изучению мозга SAGE в Университете Калифорнии (University of California).

«Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии» («Who’s in Charge?: Free Will and the Science of the Brain»), 2011 г.