Теория когнитивных режимов, развиваемая в этой книге, предполагает, что мозг организован в виде двух основных «этажей» — верхнего и нижнего, — каждый из которых мы будем описывать как большую систему, обрабатывающую информацию определенными способами. Мы покажем в дальнейшем, как много дает разделение мозга на эти две большие системы, хотя в то же время мы подчеркиваем, что они всегда работают сообща. Для начала давайте поясним, что мы подразумеваем под верхней и нижней частями мозга. Посмотрите на рисунок мозга (вид сбоку), на нем изображена кора больших полушарий — тонкий внешний слой с плотным скоплением нейронов. Именно с корой головного мозга связывают большую часть когнитивных функций. И в этой книге мы почти целиком сосредоточимся на коре головного мозга (а не на подкорковых структурах «глубинного мозга», находящихся в толще мозга и задействованных в формировании эмоций и многих автоматических функций, таких как управление уровнем возбуждения и голодом).

На рисунке показано местоположение четырех долей мозга — затылочной, височной, лобной, теменной, а также расположение Сильвиевой щели (глубокой боковой борозды головного мозга) — большой, хорошо видимой складки, которая, можно сказать, делит мозг на верхнюю и нижнюю части. Разные доли коры включают множество относительно специализированных систем, но для наших целей полезно сгруппировать доли в две большие системы обработки информации. Затылочная и височная доли представляют нижние отделы больших полушарий, а теменная и большая часть лобной доли — верхние.

Следует провести еще одно нейроанатомическое различие. Лобные доли сами по себе можно разделить на верхние и нижние части сообразно тому, как они соединены с теменными и височными долями. Таким образом, кора больших полушарий аккуратно разделяется на верхнюю и нижнюю половинки.

Верхняя и нижняя части коры выполняют очень разные функции. Этот факт впервые был обнаружен и описан в 1982 году в контексте зрительного восприятия в знаменательном совместном докладе сотрудника Национального института психического здоровья Лесли Г. Ангерлейдера и обладателя Национальной медали за вклад в науку Мортимера Мишкина. Это выдающееся исследование, проведенное на макаках-резусах, прошло незамеченным для популярной культуры. Отметим, что мозг этих обезьян обрабатывает зрительную информацию во многом так же, как мозг человека.

Пожалуй, стоит сделать паузу и рассмотреть некоторые детали исследования, проведенного Мишкиным и Ангерлейдером, поскольку оно представляет отправную точку для рассмотрения различий в функциях систем верхнего и нижнего отделов мозга. Ученые обучали обезьян выполнять два задания. В первом задании обезьяны должны были научиться распознавать, в сосуде какой из двух форм спрятано немного еды. Сосуды представляли собой трехмерные объекты (например, полосатый призматический блок), в которых были спрятаны небольшие чашки. В одной из чашек находилось лакомство. Каждый раз объекты произвольно перемешивали, но еда была спрятана всегда в форме одной и той же конфигурации, поэтому животным необходимо было научиться распознавать ее, чтобы найти пищу.

Во втором задании оба объекта представляли собой идентичные серые плакаты; в обоих плакатах были спрятаны маленькие чашки, в одной из них находилась пища. Рядом с плакатом, за которым была спрятана еда, располагался небольшой цилиндр. Каждый раз местоположение цилиндра случайным образом меняли так, чтобы он был ближе к одному из плакатов — но еда всегда была под тем плакатом, рядом с которым лежал цилиндр. Обезьянам необходимо было научиться узнавать, какой плакат ближе к цилиндру, чтобы найти еду.

Иначе говоря, одна задача требовала умения распознавать форму, а другая — умения распознавать относительное местоположение объектов.

После того как каждое из животных научалось справляться с этими двумя заданиями, часть их мозга удаляли хирургическим путем. У одних животных удаляли часть нижней коры (нижнюю часть височной доли), а у других — участок верхней коры (заднюю часть теменной доли). Результаты этих операций были поразительными. Обезьяны, у которых удалили часть нижнего мозга, не могли выполнить задание, связанное с распознаванием формы (и их нельзя было научить этому), но они по-прежнему хорошо справлялись с заданием на определение местоположения. У тех животных, которым удалили часть верхних отделов мозга, наблюдались прямо противоположные трудности: они не были способны распознать местоположение, но прекрасно распознавали форму.

Многие последующие исследования с использованием нейровизуализации активности мозга, проводившиеся на людях, выполнявших аналогичные задания, привели к аналогичному выводу: височные доли (нижний мозг) играют ключевую роль в зрительном распознавании — понимании того, что мы видели данный объект раньше, что он знаком нам (я знаю эту кошку); в то время как теменные доли (верхний мозг) играют ключевую роль в оценке пространственных отношений (например: этот объект находится слева от того).

Эти процессы начинаются в относительной близости от тех областей, куда нейронные связи доставляют информацию от глаз и ушей, но обработка тем не заканчивается. Информация об объекте и его расположении передается в другие области мозга, которые по-своему обрабатывают ее. Исследователи показали, что верхний и нижний отделы мозга играют неодинаковые роли в таких разнообразных функциях, как память, внимание, принятие решений, планирование и эмоции.

Например, Фрейзер Уилсон, Сеамас Скаладе и Патрисия Голдман-Ракич, работающие в Йельском университете, сообщили о результатах своих новаторских исследований в 1993 году в журнале Science. Как Мишкин и Ангерлейдер, они обучали обезьян выполнять задания, но вместо удаления части их мозга эти исследователи помещали в него микроэлектроды. Это позволяло контролировать активность отдельных нейронов, в то время как обезьяна пытается ненадолго удержать в памяти местоположение на экране объектов разных форм и принять относительно них некоторое решение. Решения о местоположении объектов были всегда связаны с активностью нейронов в верхнем мозге (в частности, в верхней части лобных долей), а решения относительно самих объектов сопровождались активацией нейронов в нижнем мозге (в нижней части лобных долей).

На рисунке ниже отражены результаты экспериментов, проведенных как на обезьянах, так и на людях, которые показали, что нервные пути, ведущие от затылочной доли, не останавливаются в теменной или височной доле, а идут к верхней и нижней частям лобной доли соответственно.

..

Кроме этого — и это особенно важно для защищаемой нами теории, — обсуждаемые исследования показали, что системы верхнего и нижнего мозга имеют свою специфическую внутреннюю организацию, что позволяет составляющим их зонам быстрее взаимодействовать и работать вместе.