Теперь у Салли есть «умные часы», и, согласно данным, прошлой ночью она спала 7 часов 23 минуты, причем 3 часа 7 минут пришлись на глубокий сон в БДГ-фазе. Утром до завтрака она пробежала 5 километров, компенсировав при этом 450 калорий, включая 18 граммов белка. Двадцать минут назад она выпила вторую чашку кофе. Салли включает компьютер и начинает работать, и ей кажется, что сейчас она на пике продуктивности. Так ли это?

В предыдущей главе мы говорили о том, как по мере созревания человеческого мозга в течение всей жизни меняется схема его оптимальной работы, а также какие изменения в структуре мозга на макро- и микроуровне происходят следом за постепенным процессом развития и спада. Итак, мы уже знаем, что мозг – динамичный орган. Но насколько? Когда после трудного совещания нам кажется, что мы тупеем или никак не можем сосредоточиться утром после вечеринки, действительно ли это отражает разницу, которую можно оценить с точки зрения того, хорошо ли работает мозг? В этой главе мы разберемся, насколько изменчива нормальная функция мозга, а также как то, что мы делаем и чего не делаем, влияет на пики и спады его функции из года в год и в каждый конкретный момент.

Чтобы понять, как именно работает мозг в тот или иной момент, нам необходимо измерить показатели его активности. Вы уже поняли, что оценить работу мозга живого человека – не самая простая задача. Прежде всего мозг хорошо защищен от окружающей среды – во‐первых, черепом, во‐вторых, мускулатурой, кожей и волосами, поэтому мы не можем его увидеть или потрогать. Также мы не можем рисковать нарушением его целостности при работе с хирургическими инструментами ради непосредственного контакта, хотя здесь бывают исключения. Вместо всего этого мы разработали ряд неинвазивных методов, позволяющих оценить определенные аспекты работы мозга.

Методы, благодаря которым мы можем построить изображения структуры головного мозга (или же того, как двигаются внутри какие-то его составляющие, например кровь), называются нейровизуализацией. Наверняка вы видели снимки с аппаратов КТ или МРТ, немного похожие на рентгеновские, но сделанные так, чтобы показать различия между типами тканей разной степени мягкости, а не твердых костей. На этих снимках мы видим структуру мозга и можем их использовать для измерения основных изменений, таких как усадка, вызванная старением, или повреждения из-за инсульта, опухоли и черепно-мозговых травм.

Если мы сделаем несколько повторных снимков мозга в динамике, а затем отдадим данные этих изображений очень умным людям для статистической обработки, то сможем увидеть, что меняется в мозге за определенный период. Именно на этом основан метод функциональной МРТ (магнитно-резонансной томографии, фМРТ), где в течение нескольких минут делают несколько сотен изображений, чтобы увидеть, как меняется кровоток в мозге. Если говорить немного конкретнее, на фМРТ изучают, как кровь (на самом деле кислород, который переносится гемоглобином в крови) перемещается в разные области мозга. Мы предполагаем, что области, нуждающиеся в конкретный момент в большем количестве кислорода, работают усерднее. Так, например, сравнив снимки фМРТ, сделанные во время решения двух разных математических задач – одной легкой, другой более сложной, мы выяснили, какие области мозга работают больше или подключаются дополнительно при решении более трудной задачи. Есть и другие способы оценки функции мозга, они не требуют, чтобы вы находились внутри сканера, и поэтому их можно использовать, когда у вас нет доступа к огромному и дорогущему оборудованию. Одним из распространенных способов является электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Сейчас в Кремниевой долине молодые компании строят красивые и ужасно привлекательные на вид ЭЭГ-устройства, однако стандартное устройство ЭЭГ для научных исследований обычно состоит из чего-то похожего на тюбетейку с торчащими из нее проводами. В эту шапочку встроено несколько десятков электродов, которые устанавливают непосредственно на волосистой части головы, иногда смазывая специальным гелем, чтобы обеспечить лучшее сцепление кожи с электродом. Смысл ЭЭГ в том, что она показывает положение и скорость электрических волн по мере того, как они проходят в мозге. Эти волны отражают, сколько нейронов «включаются» в различных областях мозга. Из-за костей и плоти, расположенных между мозгом и электродами, этот метод считается не самым достоверным способом измерения активности мозга в отличие от МРТ. Но ввиду того, что электрическая активность происходит быстрее, чем течет кровь, данные ЭЭГ показывают время деятельности мозга гораздо точнее, чем МРТ.

Существует еще третий способ измерения активности мозга, который действует не так направленно, как МРТ или ЭЭГ, но часто дешевле и проще, поэтому используется в психологических экспериментах. Здесь волонтеров просят решить задачу или головоломку, которую за несколько десятилетий использования доработали и подогнали под стандарты. Долгая история применения означает, что мы знаем уже очень много о нейробиологии каждого такого задания: какие области мозга или сети необходимы для его выполнения, как различные факторы, такие как работа, возраст, пол и образование, влияют на ход решения, демонстрируют ли пациенты с определенными расстройствами какие-то сбои при решении задачи, а также может ли тот или иной препарат улучшить или ухудшить производительность.

Одна из наиболее часто используемых задач – «Ханойская башня», или «Лондонский Тауэр». Изначально она выглядела как простая детская игра. Деревянные диски разного диаметра нужно надеть на один из трех стержней по размеру так, чтобы самый маленький диск оказался сверху, а наибольший – снизу. Цель игры: переместить все диски на один из оставшихся стержней, соблюдая три правила: за один ход можно переместить только один диск; диск меньшего размера никогда не может быть под большим; со стержня можно снять только самый верхний диск. Если в игре только три диска, эта задача относительно проста и решается минимум в семь ходов. Но решить эту головоломку с семью или восемью дисками намного сложнее.

«Ханойскую башню» придумал французский математик Эдуард Лукас в 1883 году как математическую задачу. Ее можно решить, планомерно следуя математической стратегии. Решается она всегда в 2ⁿ –1 ходов, где n – количество дисков. В 1980-е годы «Ханойскую башню» несколько изменил исследователь из Лондона Тим Шалис и назвал ее «Лондонский Тауэр». Задача основана на тех же принципах, что и «Ханойская башня», но, ставя перед участниками эксперимента разные цели, можно использовать ее несколько раз для проверки определенных аспектов познавательной деятельности. Шалис сделал вывод, что люди с травмами головного мозга, затрагивающими лобные доли, испытывали сложность при выполнении этого задания, и последующие исследования на здоровых участниках, помещенных в сканер, подтвердили, что в данном случае активизируются участки префронтальной коры. Большинству людей, не занимающихся математикой, чтобы решить подобную головоломку, нужно разработать план или стратегию, а затем внимательно следить за тем, что они делают, используя кратковременную память. Поскольку это ключевые функции префронтальной коры головного мозга, неудивительно, что люди справляются с такой задачей, когда эта область мозга работает у них лучше всего, и что детям и пожилым, а также людям с расстройствами, например с шизофренией и СДВГ (которые влияют на этот участок), решить задачу труднее.

Рис. 5. «Ханойская башня»

Обратите внимание, что активность мозга не оценивается непосредственно при выполнении задания. Выводы делаются на основе того, что известно из предыдущих исследований, при этом ученые учитывают ответы или реакции участников. Несмотря на то что все это совсем не так весело, как играть с дорогим оборудованием, хорошо разработанные психологические эксперименты дают удивительно точную картину того, как функция мозга меняется в тот или иной момент времени, а также в течение более длительных периодов.

Есть еще одна загвоздка. Описанные выше методы отлично показывают, что происходит в мозге среднестатистического человека или по крайней мере того, кто соглашается принять участие в психологическом исследовании. Однако, если вы хотите узнать об изменчивости человеческого мозга, нужно изучить больше людей. Самые крупные исследования часто называют эпидемиологическими (от того же корня, что и «эпидемия», то есть «широко распространяющееся среди людей»). В идеальном сценарии они предполагают изучение всего населения, чтобы можно было сделать выводы не только о мозге среднего жителя какого-то государства, но и о том, какие вариации существуют у его соотечественников. Хотя у нас нет времени и денег на то, чтобы всех жителей страны поместить в сканеры, иногда можно использовать другие данные, существующие для всего населения, например медицинские или школьные карты, статистику несчастных случаев и – в некоторых странах – сведения, собранные у людей, призванных на военную службу. Следовательно, когда мы пытаемся понять, что же влияет на мозг, мы часто выбираем между методами, дающими очень подробные данные о небольшом количестве людей или, наоборот, поверхностные – о большом. Если повезет, то при разных способах решения проблемы мы получим одинаковые доказательства. На этом достаточно о технической стороне вопроса. Что мы на самом деле знаем о состоянии вашего мозга прямо сейчас, когда вы читаете эти слова?

Ваш мозг сейчас подвержен влиянию разных долгосрочных тенденций, включая и однонаправленный процесс старения. Представьте себе, если хотите, что вы читаете эту книгу, сидя на свежем воздухе в конце весны, в один из первых теплых дней, когда уже достаточно солнечно, чтобы выйти на улицу без свитера. Если вы живете не на экваторе, то в ближайшие месяцы световой день будет длиннее, средняя температура выше, а количество солнечного света, под которым можно загорать, значительно больше, чем зимой. Наверняка в это время вы будете чаще ездить на велосипеде, а не за рулем, или ходить пешком. Вы будете больше времени проводить на свежем воздухе – в парках и в саду, чаще открывать окна, следовательно, не будете делиться со своими друзьями, коллегами и домашними отработанным воздухом, простудой и вирусами. Надо сказать, что многие из нас чувствуют себя гораздо здоровее и счастливее в летние месяцы. Но связано ли это напрямую с работой мозга?

Зимняя депрессия, как часто называют клиническое состояние сезонного аффективного расстройства (САР), довольно распространена среди людей, живущих за пределами тропиков. Вполне вероятно, что подавляющее большинство из нас испытывает хотя бы какие-то симптомы этого расстройства. Например, в исследовании, проведенном в США в штате Мэриленд, 92 % участников сообщили, что заметили сезонные изменения в настроении и поведении; 27 % – что видят в этом проблему; а 4–10 % людей нашли у себя симптомы сезонного аффективного расстройства.

Зимняя депрессия – это лишь одно из нескольких расстройств, на первый взгляд связанных со временем года. Международные исследования людей с биполярным расстройством показывают пики в маниакальных стадиях весной и летом, а в депрессивных стадиях – в начале зимы. Одной из причин этого могут быть сезонные изменения в режиме сна, которые у некоторых людей являются ранним предупреждением предстоящей маниакальной или депрессивной стадии, а у других действительно вызывают изменение настроения.

Эпидемиологические исследования показали, что смена времен года представляет опасность и в плане других расстройств, связанных с нарушением работы мозга. Давно известно, что дети, рожденные зимой и весной, больше рискуют заболеть шизофренией, чем родившиеся летом и осенью. Не совсем ясно, почему это именно так, но, вероятно, это связано с рисками сезонного характера во время важного с точки зрения неврологии третьего триместра беременности. Одним из таких факторов риска является грипп или другие инфекции у матери. Вторым – дефицит витамина D, который также связан и с иными нарушениями работы мозга (например, аутизмом и рассеянным склерозом). Некоторое количество витамина D можно получить из пищи, но большую часть мы приобретаем, когда находимся на солнце и загораем. Мы все больше времени проводим в помещениях, чересчур увлекаемся солнцезащитными кремами, боясь заболеть раком кожи и беспокоясь о том, что случится с морщинками, если на них попадут солнечные лучи. При этом уровень витамина D падает, и в странах, где нет возможности круглый год достаточно времени быть на солнце, у людей могут возникнуть значительные нарушения из-за дефицита солнечного света в зимние месяцы. Более того, дефицит витамина D распространен даже в некоторых странах, где круглый год солнечно: в одном из исследований, проведенных в больнице в Объединенных Арабских Эмиратах, был обнаружен низкий уровень витамина D в 86 % образцов крови, взятых у граждан ОАЭ, и в 79 % – у жителей других стран. При этом у 28 % граждан ОАЭ и 18 % приезжих наблюдался сильный недостаток витамина D. Люди в ОАЭ могут получать меньше солнечного света ввиду определенных обычаев в стране или традиционной одежды, но дефицит витамина D распространен даже там, где этих факторов нет. Например, в Австралии, по оценкам ученых, почти у трети взрослых выявлен дефицит витамина D.

Из крупномасштабных исследований можно узнать много интересного о том, как смена времен года влияет на развитие мозга и здоровье в течение длительного времени. Но даже для тех из нас, кто живет в регионах, удаленных от экватора, сезонные различия в поведении сейчас довольно незначительны. Если мы разделим обычный рабочий день на три части – работа, отдых, сон, то разницы в том, как мы проводим время летом и зимой, практически не будет. Наверняка теплые душистые июльские вечера будут отличаться от холодных январских, но рабочее время и режим сна, по крайней мере для тех, кто большую часть времени трудится в помещении, будут довольно похожи. Благодаря современным технологиям, от центрального отопления и водонепроницаемой одежды до надежного транспорта, наш образ жизни значительно меньше зависит от времени года, чем у наших предков. Супермаркеты с поставками из разных стран позволяют нам есть практически любые продукты круглый год, хотя наверняка вы обращали внимание на приятный аромат клубники, выращенной под местным солнцем.

Среда, в которой любая пища доступна постоянно и независимо от времени года, отличается не только от той, в которой жили наши предки. Дикие животные тоже живут совершенно иначе. Для большинства видов разнообразие пищи говорит о серьезных сезонных изменениях поведения: достаточно вспомнить ежегодные миграции китов, антилопы гну или ласточек. Также доступная еда в изобилии связана с репродуктивным циклом, со всеми сопутствующими действиями: строительством гнезд, брачными играми и линькой. Сезонные изменения в поведении и настроении человека не настолько заметны, поэтому, если нам интересно понять, что же происходит с мозгом при смене времен года, давайте для начала посмотрим, как обстоят дела у тех видов животных, у кого мозг меньше, чем у нас, но поведение меняется гораздо сильнее.

Сезонные изменения заметно отражаются на поведении птиц: как они поют, улетают в другие страны, строят гнезда и меняют оперение. Мы традиционно отмечаем первую ласточку – признак начала лета. Если сравнить виды птиц с разным сезонным поведением, но похожих во всем остальном, можно сделать выводы или по крайней мере предположить, что между таким поведением и мозгом есть взаимосвязь.

И у людей, и у птиц особенно хорошо изучен гиппокамп. У обоих видов гиппокамп фактически отвечает за память, особенно пространственную. Птицам с поврежденным гиппокампом трудно найти место, где они ранее спрятали пищу, а также у них есть проблемы с навигацией и распознаванием ориентиров. У птиц, которым больше необходима пространственная навигация, площадь гиппокампа больше, чем у похожих птиц, меньше нуждающихся в этом навыке. Например, у почтовых голубей гиппокамп больше, чем у городских, а у перелетных птиц этот отдел мозга крупнее, чем у оседлых. Но являются ли различия в размерах результатом адаптации в ходе эволюции? То есть нам интересно: это генетически запрограммированные особенности биологического вида или просто последствия использования гиппокампа каждой отдельной птицей?

Структура мозга приспосабливается к жизни согласно тому, как именно она используется. Есть один известный пример: исследователи при помощи сканера измеряли размеры гиппокампа лондонских таксистов, которые в рамках подготовки к работе должны хорошо изучить карту «the Knowledge», когнитивную карту Лондона, чтобы всегда суметь найти лучший маршрут между любыми двумя точками. Было обнаружено, что гиппокамп увеличивался в размерах после того, как водители интенсивно изучали карту и запоминали больше достопримечательностей Лондона. Более того, чем дольше работали таксисты, тем больше изменений отмечалось в их гиппокампе. Видимо, многочисленные поездки в течение нескольких лет по улицам Лондона продолжали влиять на мозг даже после того, как водители запоминали расположение улиц и сдавали тест на знание карты «the Knowledge». Будет ли продолжать меняться гиппокамп в эпоху GPS, когда любой владелец смартфона может стать водителем Uber? Поскольку мозг функционирует в основном на основе принципа «используй или потеряешь», можно предположить, что нет.

Среди птиц особенно хорошо гиппокамп изучен у синиц-гаичек, представителей семейства синицевых, живущих в Северной Америке. Гаички не мигрируют, но при этом запасают пищу осенью и зимой, поскольку ее источников становится все меньше. И наоборот, весной и летом, когда корм в изобилии, они не делают запасов. Тщательное изучение размера и других характеристик гиппокампа синиц-гаичек в течение года показало, что он подвержен сезонным изменениям. Увеличивается не только размер самого гиппокампа, но и отдельных нейронов, причем пик этих изменений приходится на октябрь, когда и начинается сезон запасов пищи.

Если бы мозг человека трансформировался в зависимости от времени года, как у птиц, были бы эти изменения следствием сезонных изменений в поведении? Например, если вы склонны летом раньше вставать и больше тренироваться, то трудно сказать: функции мозга перестраиваются из-за изменения поведения или это эффект более длинного светового дня и более высокой температуры воздуха. В обычной жизни очень сложно по отдельности рассмотреть взаимосвязанные схемы поведения, потому что мы не можем контролировать внешние сигналы, имеющие отношение к смене времени года. Однако недавно проводилось одно интересное исследование, в котором ученым из Льежского университета в Бельгии удалось это сделать. Они пригласили двадцать восемь здоровых участников и попросили их провести четыре с половиной дня в среде, где вообще не ощущается смена сезонов и где каждый аспект окружающей среды и поведение испытуемых были постоянны, независимо от времени года, когда проводилось исследование. Участников затем оценивали по ряду физиологических и когнитивных параметров в течение всего года: некоторых зимой, других летом, весной или осенью. Эксперимент был продуман так, что среда никак не отражала время года и служила условиями своего рода периода вымывания, поэтому все различия в результатах тестов, проведенных либо летом, либо зимой, не могли быть вызваны непосредственными различиями в окружающей среде или поведении, например количеством часов солнечного света или тепла в день эксперимента, поскольку были одинаковыми для всех. Напротив, различия между результатами участников, прошедших тестирование в разное время года, были обусловлены физиологическими и когнитивными эффектами, появляющимися более постепенно по мере смены сезона. По сути, исследователи смогли измерить когнитивные и физиологические изменения мозга, вызванные полностью временем года, а не проявившиеся под влиянием изменения поведения в определенное время года. Исследователи предположили, что людям когнитивные задачи лучше даются в период летнего солнцестояния и хуже – зимой. По сути, они обнаружили, что результаты когнитивных заданий очень мало отличались в зависимости от сезона. При этом сканирование фМРТ показало, что в нейронных сетях наблюдались значительные сезонные колебания, которые происходили именно в связи с выполнением когнитивных задач. Например, при выполнении задачи, требующей постоянного внимания, больше участков мозга активизировались в середине лета и меньше – в середине зимы. Это говорит о том, что либо у мозга разные ресурсы, либо он должен использовать разные ресурсы для выполнения одной и той же задачи в разное время года.

Постоянное внимание – это относительно несложный когнитивный процесс. Результаты выполнения второй, более интеллектуально сложной когнитивной задачи показали совсем другую схему сезонных изменений: пик активации участков мозга выпадал на периоды весеннего и осеннего равноденствий. Интересно, что эти результаты подтверждали некоторые предыдущие исследования, согласно которым решение задач низкого уровня сильнее подвержено воздействию смены времен года (в сравнении с более высокими когнитивными функциями).

В более крупных исследованиях изучали когнитивные функции людей, живущих за полярным кругом и в связи с этим сталкивающихся с огромной разницей в длительности светового дня: зимой там темно круглые сутки, а летом – полярный день. В целом у людей в той местности наблюдаются относительно небольшие сезонные колебания в когнитивных функциях. Ранее мы говорили, что работа мозга может изменяться, чтобы компенсировать последствия сезонного влияния, поэтому люди, живущие в таких экстремальных условиях, адаптировались к тому, чтобы время года не влияло на их познавательные способности. Есть и другое объяснение: те, кому особенно сложно жить в условиях короткого светового дня, то есть они плохо адаптированы к такой среде, скорее всего, уедут из этого региона.

Таким образом, мы можем представить себе ежегодный цикл работы мозга, обусловленный непосредственно длительностью светового дня и климатом, а также поведением, которое зависит от этого. Но как насчет других биологических или социальных циклов?

Есть предположение, что менструальный цикл влияет на области мозга, регулирующие когнитивные и эмоциональные процессы. Есть доказательства, что кратковременная память у женщин работает лучше в тот период менструального цикла, когда уровень полового гормона эстрадиола самый высокий. И наоборот, для функций, более связанных с эмоциями (например, сочувствие или закрепление воспоминаний эмоциональной памяти), пик достигается в более поздний период менструального цикла, когда увеличивается уровень прогестерона.

Во время беременности изменения уровня половых гормонов влекут за собой огромные перемены в строении и работе организма. Во многих женских журналах (и с этим согласны многие женщины) говорится о феномене «мамнезии», или временном ухудшении когнитивной функции, и особенно кратковременной памяти, во время беременности. Об этом свидетельствует значительный объем данных из исследований, где сравниваются результаты когнитивных задач, выполненных небольшим количеством беременных женщин на курсах подготовки к родам и их небеременными подругами. Есть масса причин, почему беременность может влиять на функции мозга, и все они звучат довольно правдоподобно. В этот период в организме происходят всплески гормонов – прогестерона и эстрогена, которые активизируются как в мозге, так и во всем организме, и жизнь у будущих мам сильно меняется, по крайней мере у тех, кто впервые готовится стать матерью. Поэтому нас не удивляет, что беременность влияет на работу мозга. Вопрос в том, идет ли речь об ухудшении или улучшении когнитивной функции.

У грызунов беременность сопровождается улучшением, а не ухудшением памяти и познавательной способности. Беременные крысы куда лучше небеременных ориентируются в лабиринтах, распознают предметы и сохраняют спокойствие в стрессовых ситуациях. Ввиду того что большинство аспектов поведения беременных женщин и крыс похожи и контролируются одними и теми же участками мозга, группа австралийских исследователей заподозрила неладное: им стало интересно, почему беременность оказывает противоположный эффект на познавательные способности людей и крыс. Они решили, что лучший способ ответить на этот вопрос – найти группу молодых женщин, которые могут быть представительной выборкой среди населения, а затем следить за их когнитивными функциями, повторно проводя тесты в течение следующих нескольких лет, независимо от того, рожали они детей или нет. За первые восемь лет исследования почти двести из более тысячи женщин, примкнувших к эксперименту в возрасте от двадцати до двадцати четырех лет, родили детей. Все женщины прошли четыре тестирования в тот момент, когда стали участницами эксперимента, а затем еще раз четыре и восемь лет спустя. Семьдесят шесть женщин в момент тестирования были беременны.

Благодаря тому, что оценка проходила в несколько этапов, а выборка женщин была репрезентативна, исследователи смогли более тщательно, чем в предыдущих исследованиях, изучить влияние беременности и материнства на когнитивную функцию. Они не нашли никаких доказательств того, что рождение ребенка влияет на когнитивную функцию, сравнив результаты тестов, выполненных женщинами, у которых появились дети за эти восемь лет, и теми, у кого – нет. Также не нашлось существенных различий между результатами женщин, проходивших тесты на когнитивные способности во время беременности, и остальных участниц исследования. Одна из возможных причин различий между этим и предыдущими исследованиями заключается в том, что проблемы, наблюдавшиеся у некоторых беременных женщин, вызваны, например, свойственными им недостатком сна или тревогой. Все это вполне может влиять на память. Также возможно, что беременные женщины, принимавшие участие в предыдущих исследованиях, чаще страдали от этих проблем, чем их небеременные подруги.

Другое объяснение таких результатов заключается в том, что при оценке всего нескольких аспектов когнитивной деятельности исследователи упустили другие функции мозга, с большей вероятностью подвергающиеся изменениям во время беременности. Возможно, с точки зрения эволюции память является наиболее полезной когнитивной функцией для беременной крысы, однако не самым важным навыком для беременной женщины. Когда женщина готовится ухаживать за совершенно новым и беспомощным человеком, память может быть менее важна, чем, скажем, сверхчувствительность к изменениям потребностей и к эмоциям другого существа.

Способности интерпретировать мимику другого человека, считывать его эмоции и понимать, что он может чувствовать, сами по себе являются важными когнитивными навыками, которые обычно классифицируются как «социальное познание». В настоящее время существует немало доказательств, что социальное познание и области мозга, с которыми оно связано, существенно меняются в результате беременности. Можно сказать, что это своего рода когнитивная реорганизация, происходящая в рамках подготовки к новой роли – роли матери: у женщины появляется больше ресурсов для развития навыков ухода за детьми за счет других аспектов когнитивной деятельности, менее важных для здоровья потомства.

В декабре 2016 года исследователи из Барселоны впервые доказали, что когнитивная реорганизация видна в мозге. Они провели сканирование мозга группы женщин до и после того, как они впервые забеременели. Сравнив снимки, они увидели значительное сокращение серого вещества в областях, связанных с социальным познанием. Затем ученые пошли еще дальше и провели исследование с теми же женщинами через два года после рождения у них детей. Изменения в головном мозге, которые они зафиксировали ранее, все еще наблюдались, и количество видимых перемен было связано с результатами оценки степени материнской привязанности. Таким образом, у самых преданных матерей наблюдались наибольшие изменения в мозге во время беременности. Есть предположение, что это механизм, с помощью которого мозг настраивается на решение сложных проблем, связанных с воспитанием детей. Изменения были настолько очевидны, что компьютерный алгоритм позволял ученым правильно определить, была ли женщина беременной, основываясь только на сканировании ее мозга.

Так что длинные биологические циклы могут сильно влиять на наш мозг. У некоторых людей работа регулирует циклы биологических функций, от которых могут зависеть их психическое благополучие и другие аспекты работы мозга. Вспомните, например, о напряжении, которое испытывает продавец, пытаясь достичь амбициозных целей к концу месяца; или о нарушении суточных биоритмов, с которым сталкиваются экипажи авиакомпаний, постоянно летающие в другие часовые пояса; или о рабочих с ночными сменами. Более того, даже у людей, работающих по графику с девяти до шести, модели поведения могут довольно сильно различаться в будни и в выходные. Но самая большая и очевидная составляющая нашего нерабочего времени, примерно четверть миллиона часов в жизни, тратится на сон. И оказывается, сон очень и очень важен для работы мозга.

Сон невероятно полезен для работы мозга. Например, во сне новые знания надежнее закрепляются в памяти; говоря специальными терминами, сон помогает консолидации памяти. Есть много экспериментальных исследований, подтверждающих, что если спать после того, как вы узнали что-то новое, побывали где-то или научились чему-то, то все это запоминается лучше. И это верно не только для полноценного ночного сна. Некоторые исследования показали, что для закрепления информации в памяти можно вздремнуть всего несколько минут. Вероятность вспомнить этот опыт через несколько лет при этом возрастает.

Наверняка вы знаете, что за ночь разные фазы сна чередуются циклами продолжительностью около девяноста минут. Длительность каждой фазы меняется не только по мере старения организма, но и в течение ночи. Исследования на аппарате ЭЭГ показывают, что в начале хорошего ночного сна мы дольше находимся в медленной фазе, которую часто называют глубоким сном, а ближе к концу ночи – в быстрой. В результате даже незначительные изменения в режиме сна – например, в понедельник утром вы проснулись раньше, чем в воскресенье, – могут привести к тому, что соотношение разных фаз сна будет другим. Это важно, потому что процессы, происходящие в головном мозге во время различных фаз сна, немного по-разному отражаются на памяти. В частности, медленный сон помогает закрепить декларативную память, то есть то, что вы можете сознательно вспомнить. При этом быстрый сон намного важнее для эмоциональной памяти и процедурного обучения.

По мере того как мы становимся старше, мы все меньше спим, и сон становится более фрагментированным. Можно предположить, что именно поэтому наблюдается снижение когнитивных функций по мере старения или при нейродегенеративных расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера. Если же посмотреть на сон, свойственный молодым людям, то всем нам хорошо известно, что режим сна подростков совсем не обязательно будет сочетаться с семейным графиком или расписанием в школе. Если несоответствие между биоритмами подростков и требованиями общества приводит к лишению сна, это может стать проблемой. Экспериментальные исследования с участием небольшого количества подростков показывают, что хронический недосып ухудшает производительность в заданиях, требующих высокого уровня внимательности. И наоборот, если увеличить количество или качество сна, как правило, можно улучшить качество кратковременной памяти. Поэтому подростки, которые недостаточно спят, пребывают не в лучшем состоянии для того, чтобы учиться в школе. По сути, нехватка сна приводит к когнитивным нарушениям у людей всех возрастов. В одном довольно смелом исследовании малышам двух-трех лет не давали спать днем, а потом давали задание – решить нерешаемую головоломку. В результате дети демонстрировали поведение, свойственное для более младшего возраста, и подходили к решению задачи менее эффективно, при этом гораздо упорнее пытались решить задачу, даже когда понимали, что этого сделать нельзя.

Сон действительно очень важен. И многие вещи, влияющие на когнитивные способности, например болезнь, похмелье или смена часовых поясов, просто отражают влияние нарушения режима сна. Интересно отметить, что когда нарушается режим сна всего населения (например, так происходит два раза в год в тех странах, где переходят на летнее время), то эти небольшие нарушения внимания и способности принимать решения видны по количеству несчастных случаев со смертельным исходом. Их происходит значительно больше на следующее утро после перевода часов вперед, когда многие опаздывают на час, и меньше – при переходе на зимнее время, на час назад, когда люди могут поспать на час больше. Исходя из этого, мы могли бы проявлять мудрость и особенно заботиться о себе и думать о своих действиях во время перехода на летнее время.

Есть факторы, совсем незначительно влияющие на наше состояние, даже если отличаются в разные дни, при этом они могут иметь кумулятивный, или накопительный, эффект в течение длительного времени. Например, мы знаем, что для работы мозга нужно правильное питание и что, если в мозг долго не будет поступать достаточно питательных веществ, могут возникнуть неприятности. Витамин B₁₂ необходим для поддержания в хорошем состоянии миелина (жирных оболочек, покрывающих нейроны и необходимых для эффективной отправки сигналов на большие расстояния). Витамины D и B₉ (соль фолиевой кислоты) связаны с когнитивной функцией, и их нехватка может привести к различным формам неврологических и психиатрических заболеваний. Кратковременное голодание, например, влекущее за собой падение уровня сахара в крови, также может повлиять на способности мозга, а при сильной гипогликемии (которую обычно испытывают диабетики или спортсмены, занимающиеся видами спорта, требующими выносливости) сложные когнитивные функции могут вообще перестать работать. В менее экстремальных ситуациях сложно понять, насколько важно питание, например, зависит ли результат экзамена от того, чем вы позавтракали в день его сдачи. Многие исследования на эту тему финансировались компаниями, производящими хлопья для завтраков, то есть стороной, как вы понимаете, заинтересованной, поэтому большую часть исследований по этому вопросу нельзя назвать независимыми. Однако справедливо будет сказать, что в целом правильно начинать день с завтрака, состоящего из продуктов, медленно выделяющих энергию для мозга, независимо от того, можно ли проверить эффективность его работы, оценив успеваемость детей в школе или результаты формального тестирования у взрослых.

Как насчет утренней пробежки Салли? Здоровье сердечно-сосудистой системы тесно связано со здоровьем мозга, и очевидно, что люди, регулярно получающие физическую нагрузку, меньше подвержены риску заболеваний мозга, таких как инсульт, деменция или депрессия. Однако трудно мотивировать себя надевать кроссовки только потому, что есть крошечный риск развития болезней через несколько десятков лет. Гораздо больше (вероятно) нас мотивировало бы наличие мгновенных изменений. Другими словами, если сегодня вы должны сделать презентацию на работе, что лучше – поспать на полчаса больше или пойти на пробежку? Если предположить, что ночью вы хорошо спали (что не всегда получается перед ответственным днем), ответ будет: отправиться на пробежку. В настоящее время собрано немало данных, что физические упражнения приводят к резкому краткосрочному улучшению когнитивной функции, а также обеспечивают долгосрочные преимущества для здоровья мозга, о чем мы подробнее поговорим в главе 8. Но пока просто согласитесь с тем, что на самом деле у вас нет оправдания…

Рассуждения о том, насколько сильно мозг меняется каждое мгновение, не очень привлекают внимание. Во всяком случае, исследователи обычно считают довольно досадным тот факт, что в период проведения эксперимента происходят изменения когнитивной производительности, регионарного кровотока или любых других показателей из-за того, что на работу мозга влияет время дня, день недели или время года. Все это, наряду с тем, что участник съел накануне вечером, пил ли он кофе утром, курит он или нет, обычно считается просто причинами случайной ошибки, эффект от которой при прочих равных условиях должен выравниваться в ходе эксперимента и, следовательно, не слишком влиять на результаты.

Но на них могут существенно повлиять даже такие небольшие факторы. Недавно было сделано потрясающее исследование: ученые проанализировали, как решения опытных израильских специалистов зависят от времени суток. Как и в случае с любым из нас, на способности участников принимать решения значительно повлияла усталость, а также перерывы на кофе и обед. Однако в отличие от решений, которые принимает большинство из нас, решения, о которых идет речь, влияли непосредственно на жизнь людей, поскольку эти специалисты были членами комиссии по условно-досрочному освобождению. Результаты были поразительными: у первого за день заключенного шансы выйти из тюрьмы были 65 %, но у последнего, решение по которому принималось прямо перед перерывом на отдых, они были близки к нулю.

Для профессий, в которых очень важны правила безопасности, например связанных с управлением большими транспортными средствами или сложной техникой, законы или работодатели определяют перерывы на отдых и ограничивают смены. Для остальных профессий последствия работы в условиях использования когнитивных способностей не в полной мере воспринимаются как гораздо менее опасные. Готовы поспорить, что израильские заключенные, которым отказали в условно-досрочном освобождении, думают иначе.

Есть еще один чрезвычайно важный фактор, влияющий на когнитивные способности в каждый конкретный момент и тоже трудно поддающийся измерению: это стресс и количество времени, которое вы находитесь под его воздействием. Стресс не является определенным медицинским диагнозом, однако мы все знаем, что это такое и как мы чувствуем себя в этом состоянии. Наверняка вы испытывали на себе физическое воздействие острой реакции на стресс «бей или беги». Разве что вы как-то заполучили эту книгу, находясь в параллельной вселенной Крайней Безмятежности. Цель такой реакции, сопровождающейся приливом адреналина и других гормонов, контролирующих симпатическую нервную систему, – высвободить энергию и подготовить организм к физическим нагрузкам. Неблагоприятные побочные эффекты этого состояния – тяжесть в желудке и сухость во рту. Такое физиологическое возбуждение было бы очень полезно, если бы вам нужно было убегать от тигра. Но наверняка это не то состояние, которое хочется испытывать перед собеседованием, важной презентацией на работе или публичным выступлением. В такие моменты вам больше пригодятся способности четко мыслить, уверенно говорить и спокойно решать любые возникающие сложные вопросы.

Итак, какое же влияние на психологическое состояние и когнитивные функции оказывают резкие изменения в химии нервных процессов, вызванные реакцией «бей или беги»? Жизненный опыт говорит о том, что возможны два разных сценария. Иногда дополнительное напряжение заставляет нас мыслить яснее, и мы чувствуем себя певицей, как никогда успешно выступившей перед самой огромной в ее жизни аудиторией. А иногда напряжение слишком велико, и мы, наоборот, не можем и слова сказать. Смысл в том, что до какого-то момента физиологическое возбуждение улучшает работоспособность, после чего она падает. Об этом нам говорит закон Йеркса – Додсона. Изначально он был выведен в результате экспериментов, где изучали влияние электрических ударов различной интенсивности на обучение у мышей, и, несмотря на то что есть множество данных, заставляющих усомниться в нем, он остается популярной теорией и о нем пишут в большинстве вводных курсов по психологии.

Ученые прошли долгий путь от опытов на мышах, получающих электрические удары, до современных исследований с участием людей с хорошим достатком, живущих в состоянии хронического стресса. И сейчас нам стало гораздо понятнее, как стресс связан с работоспособностью. Недавно проводилось исследование, где группу из девяносто одного участника произвольно разделили на две части и попросили каждого человека подготовить и произнести речь либо в сильной стрессовой ситуации, либо в такой, где уровень стресса был гораздо ниже. Участникам первой группы предложили защищаться от (вымышленного) обвинения в магазинной краже, а тем, кто был во второй группе, нужно было снять короткое видео по статье о путешествиях, которую они только что прочитали. Исследователи тщательно кодировали каждую интонацию, а также измеряли частоту сердечных сокращений и уровень гормона кортизола, который выделяется в ответ на стресс. Как и следовало ожидать, у людей, которым пришлось защищаться от обвинения в краже, был более высокий уровень кортизола и более высокая частота сердечных сокращений, пока они говорили. Однако стресс не влиял на качество речи. Участники обеих групп в среднем использовали одинаковое количество слов, при этом у тех, кто был в менее стрессовой ситуации, речь была менее беглая, они чаще использовали междометия вроде «ммм» или «эээ». Интересно, что люди в более стрессовой ситуации, как правило, чаще делали паузы. По мнению исследователей, это было связано с тем, что уменьшалось количество когнитивных ресурсов, необходимых для артикуляции, что и замедляло формулирование следующей мысли и фразы.

Мы надеемся, что вы настолько поглощены чтением этой книги, что по большей части не знаете о том, что происходит вокруг вас: игнорируете разговоры за соседним столом, детей, играющих за стеной, или даже незначительные изменения шума, света и температуры окружающей среды. Если бы вы все это отмечали в равной степени и одновременно, было бы чрезвычайно трудно сосредоточиться на чем-либо вообще и вы почти наверняка не смогли бы прочитать, понять или вспомнить хоть один абзац.

Учитывая большое количество сенсорной информации, окружающей нас в каждый момент времени, мы отлично научились направлять внимание на очень небольшие ее источники. Существуют целые полки учебников по психологии, посвященных тому, как именно происходит процесс фильтрации нужной информации из общего потока и в каких условиях мы лучше всего способны или не способны это делать. Можно ли сравнить наше внимание с регулируемым прожектором, который позволяет нам охватить широкий массив информации на неглубоком уровне или же глубже изучить небольшой? Когда мы считаем себя многозадачными, может быть, мы на самом деле быстро переключаем внимание между двумя задачами? Можем ли мы обрабатывать различные типы информации параллельно и что ограничивает наши возможности в этом? Нам стоит изучать эти вопросы, причем не только для того, чтобы поддержать финансовое благополучие преподавателей психологии и нейробиологии, но и потому, что они определяют на функциональном уровне пороги работы нашего мозга. Очень интересен временной порог, он отражает функцию мозга, измеряемую в миллисекундах: как долго внимание может быть приковано к одному раздражителю?

Представьте, что вы играете в компьютерную игру, где кучка хищных инопланетян на экране быстро летит к вам. Ваша задача стрелять в плохих инопланетян и не стрелять в хороших. Приходит злодей: бац – вы попали! Но вы даже не заметили второго, который появился сразу после первого. И он вас съел. То, из-за чего вы пострадали, называется «мигание внимания», одно из самых исследуемых явлений в когнитивной психологии. «Мигание внимания» очень интересно, поскольку говорит нам о том, как быстро мозг может переключать внимание между отдельными массивами информации. В целом мы очень быстро обрабатываем входящие зрительные раздражители, но если один из них приоритетен для нашего внимания, то у нас наблюдается странная форма слепоты. В компьютерной игре вторая входящая цель, появившаяся сразу после первой, скажем, в пределах одной пятой секунды, скорее всего, будет замечена. Но затем наступит период длиной около четверти секунды, когда входящие цели не вызовут сознательного понимания: вы увидите, но не заметите новую цель. Некоторые люди думают, что эта временная слепота внимания отражает предел в способности мозга обрабатывать информацию в течение этого периода; другие считают, что это механизм предотвращения утечки посторонней информации на более высокую обработку, такую как кратковременная память, наряду с намеченной целью.

Мы начали эту главу с разговора о том, что мозг изменяется со временем в течение всей жизни: развивается, достигает пика работоспособности, а затем его функции ухудшаются. Изучив исследования о перелетных птицах, беременных женщинах и членах комиссии по условно-досрочному освобождению, мы узнали, что небольшие изменения в работе мозга и функциях могут проявляться и в гораздо более короткие периоды. Мозг прекрасно разбирается, какие функции вам нужны в тот или иной момент, и со временем различия в том, что именно вы делаете в эти моменты, накапливаются и дают более стойкие и глубокие изменения в мозге, как мы видели на примере лондонских таксистов. Какой мозг вам нужен сейчас, зависит, конечно, от того, что вы хотите сделать, но также и от того, что вы делали вчера, на прошлой неделе, в прошлом месяце и всего миллисекунду назад.

Так что здоровый мозг здоровому мозгу рознь. В третьей части книги мы выйдем за рамки нормальных вариаций и рассмотрим, как мозг ведет себя в чрезвычайных ситуациях.

Саймон изучает сон в удивительном новом мультидисциплинарном научно-исследовательском институте в Оксфорде, где пытаются понять взаимосвязь между сном, циркадными ритмами и здоровьем. Особенно его интересует, что становится причиной нарушений сна и как лучше всего справиться с этой проблемой, а также он исследует взаимодействие между нарушениями сна и другими аспектами психического здоровья. Саймон руководит онлайн-программой в Оксфорде в области медицины сна, инновационного курса для аспирантов. Эта программа готовит специалистов по сну, которые станут востребованы в будущем.

Дженни (одна из авторов этой книги) общалась с Саймоном, как ни странно, после ужасной ночи, поэтому она хочет услышать, что же ученый может сказать ей о том, почему мы так сильно нуждаемся во сне и как недосып прошлой ночью может сказаться на работе ее мозга сегодня.

– Саймон, большое спасибо, что согласились на это интервью. Можете ли вы коротко рассказать, зачем людям нужно спать?

– В биологии, для того чтобы понять, как работает какая-то функция, мы нарушаем ее нормальную работу. Большую часть знаний о влиянии сна на мозг мы приобрели, рассмотрев депривацию сна двумя способами. Первый – это проведение контролируемых экспериментов, для которых мы приглашаем людей с нормальным сном, а затем либо ограничиваем его на несколько часов, либо полностью лишаем их сна. Делая это, мы обнаружили, что так у участников серьезно ухудшаются когнитивные показатели, например бдительность, постоянное внимание и кратковременная память. Ограниченный пятичасовой сон в течение нескольких ночей оказывает кумулятивный эффект влияния на познавательные способности, и с каждым днем они становятся все хуже. Интересно, что, согласно некоторым исследованиям, нельзя «наверстать» сон за пару ночей, чем мы можем заняться в выходные, все равно мы не полностью восстанавливаем ухудшенную работоспособность. Сон крайне необходим для консолидации памяти. Исследования четко показывают: если нарушить режим сна ради эксперимента, это очень вредно для памяти, и наша способность узнавать новую информацию на следующий день заметно снижается после лишения сна.

Однако, по этическим соображениям, мы можем не давать людям спать всего несколько дней. Поэтому второй способ заключается в том, чтобы рассматривать нехватку сна, изучая людей с долгосрочными проблемами со сном. Мы определяем «бессонницу» как трудности с засыпанием или поддержанием сна, и при помощи крупных баз данных, таких как Британский Биобанк (UK Biobank), мы обнаружили, что примерно у трети людей в прошлом месяце наблюдались симптомы бессонницы. Примерно у 10 % людей эти проблемы продолжаются более трех месяцев. Если это состояние сохранится надолго, то у них могут начаться проблемы с умственным и физическим здоровьем: депрессия, тревожность, токсикомания, сердечная болезнь, инсульт или болезнь Альцгеймера. Мы еще не знаем точно, являются ли проблемы со сном причиной других заболеваний или их ранним симптомом. Но из исследований с применением нейровизуализации мы знаем, что у людей, страдающих бессонницей и при этом не имеющих никаких других симптомов, действительно меняется структура мозга – сокращается кора, поэтому мы предполагаем, что хроническое нарушение сна может иметь негативные последствия для мозга. Интересно, что есть люди, кажущиеся весьма устойчивыми к лишению сна. В среднем мы наблюдаем значительное ухудшение познавательных способностей, но при этом есть небольшое количество людей, которые на первый взгляд функционируют после нескольких ночей лишения сна так же, как и раньше. Но есть и другие, когнитивные способности которых особенно уязвимы при недосыпе. Существуют какие-то интересные индивидуальные различия, и мы пока не понимаем, от чего они зависят.

– Нужно ли человеку беспокоиться, если он считает, что недостаточно спит?

– Первое, что нужно сказать: большинство людей спят достаточно. Несмотря на то что в СМИ много говорят о влиянии технологий и очень большой занятости, метаанализ показал, что за последние 50 лет продолжительность сна в среднем не изменилась. Многие недосыпают во время рабочей недели, предпочитая больше работать или общаться с друзьями, вместо того чтобы поспать, но потом они компенсируют недостаток сна в выходные. Количество людей, сообщающих о том, что у них бессонница, со временем увеличилось. Но примерно у трети из них, когда они приходят в лабораторию сна, мы обнаруживаем значительное несоответствие между тем, что они думают про свой режим сна и что на самом деле показывают наши приборы. Так, например, кто-то думает, что спит пять часов, но, когда мы измеряем время сна, получается семь.

– Так когда же надо начинать беспокоиться?

– Проблема возникает тогда, когда из-за недосыпа вы рискуете попасть в аварию или, например, страдает работа. Часто недооценивается, сколько времени нужно, чтобы восполнить сон. Если пригласить людей участвовать в исследовании и не давать им нормально спать пять ночей, а затем позволить спать две ночи до десяти часов, их когнитивная функция все равно не вернется к норме.

Однако для многих людей с нарушениями режима сна есть относительно простые способы избавиться от проблем, например регулярные физические упражнения, график сна и пребывания на свету, а также им нужно не спать днем и не принимать возбуждающих средств. Если вы все это выполняете и при этом достаточно спите, но все равно не высыпаетесь или спите плохо, обратитесь к врачу. Тем, у кого проблемы со сном давно, может помочь когнитивно-поведенческая терапия (КПТ), действие ее доказано лучше всего. КПТ – это структурированная психотерапия, работающая с мышлением и поведением, которые мешают человеку нормально спать. Часто важнее всего создать правильные условия перед сном, чтобы не перевозбудиться психически и дать возможность биологическому стремлению ко сну (давлению во время сна и циркадному ритму) преодолеть бодрствование.

Узнавая все больше о неврологии сна, мы понимаем, что состояние сна не означает, что в него погружен весь организм. Недавние исследования здесь, в Оксфорде, показали, что, если отслеживать работу отдельных нейронов у мышей, вы обнаружите, что в одном и том же мозге некоторые группы нейронов будут находиться в состоянии сна, а другие в то же самое время – в активном состоянии. Мы называем это явление «местный сон». Так что иногда, когда люди осознают, что происходит ночью, их мозг в целом спит, но отдельные группы нейронов не спят, поэтому работает мышление и идет обработка информации. Это может быть одной из причин, почему люди чувствуют, что плохо спят, хотя на самом деле спят достаточно.

– Какой же мозг нам нужен?

– Думаю, весь, что у нас есть! Хотя, возможно, нам стоит больше персонализировать наши взгляды на мозг – степень, в которой мы используем те или иные области мозга для разных задач, у каждого человека своя. Изучив работу организма в бессознательном состоянии и в коме, мы теперь понимаем, что даже в этих состояниях когнитивные способности сохраняются.