Человеческий мозг весит примерно 1,2 килограмма и составляет около 2 % веса тела, однако на его питание тратится 20–24 % энергии, вырабатываемой базальным метаболизмом, то есть обменом веществ в состоянии покоя. Конечно, цифры варьируются в зависимости от размеров тела, возраста, пола и общего состояния здоровья, однако следует отметить, что мозг – самая голодная часть нашего тела.

Тем не менее если принять базальный метаболизм за 1300 килокалорий, то в течение дня мы потребляем около 56 калорий в час, то есть 63 ватт/час. Мозг потребляет 20 %, то есть примерно 12,6 ватт/час, что соответствует потреблению энергии даже ниже, чем у старой лампы накаливания. При этом Watson, суперкомпьютер IBM, победивший в 2003 году в американской интеллектуальной телевикторине Jeopardy! (в России – «Своя игра»), потреблял 80 тысяч ватт в час [см. стр. 261]. Таким образом, мозг существенно более эффективен в энергетическом смысле.

Метаболизм клеток, отвечающих за память и интеллект, требует питательных веществ, периодов долгого отдыха и коротких – двигательной активности. Каждый пользователь церебральной машины должен помнить об этом, если не хочет утратить интеллект.

Между растительным миром и нашим мозгом существует удивительное сходство. И тот и другой употребляют глюкозу для поддержания сил.

Растения используют полученную из фотонов света энергию, чтобы перегруппировать атомы шести молекул углекислого газа, добытого из воздуха, и воды, взятой из земли, таким образом, чтобы получить (выделяя кислород в виде отхода) молекулу глюкозы, сахара, и получают тем самым питание для роста и энергетический запас, состоящий из длинных молекулярных цепочек углеводов.

И наш мозг тоже питается в основном глюкозой. Глюкоза получается в результате процесса, обратного фотосинтезу, из углеводов, прибывающих с кровью к гематоэнцефалическому барьеру [см. стр. 51], и обеспечивает постоянное поступление энергии к нейронам. Глюкоза вступает в химическую реакцию с участием кислорода и превращается в аденозинтрифосфат, АТФ. Эта молекула поставляет в клетки энергию, необходимую для метаболизма.

Энергетическое потребление мозга составляет 120 граммов глюкозы в сутки, она поступает в мозг равномерно в течение 24 часов. Активные участки коры мозга потребляют чуть более, чем менее активные. Благодаря этой незначительной разнице сегодня возможно исследовать активность мозга в реальном времени при помощи технологий ПЭТ (позитронная эмиссионная томография) или фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) [см. стр. 253].

После долгого поста мозг способен на удивительные вещи. Он не создает внушительных запасов энергии и, если прекращает получать глюкозу, продолжает функционировать (и выживать), переходя на альтернативное питание. В частности, он забирает энергию у так называемых кетоновых тел, водорастворимых молекул, синтезируемых при необходимости в печени, в случаях, когда запасы глюкозы истощаются. Однако надолго этого питания не хватает: гипокликемия (нехватка глюкозы) может вызывать потерю сознания и более тяжелые последствия.

Можно было бы подумать, что чем больше есть сахара, тем лучше мозгу. И наш собственный опыт подсказывает, что это действительно так: стоит только рецепторам нашего языка ощутить вкус мороженого или шоколада, как в мозгу высвобождаются эндорфин и дофамин [см. 41], вызывающие переживания наслаждения. Но это абсолютно неверно.

Уровень дофамина, работающего в системе вознаграждения [см. стр. 159], поднимается вверх всегда, когда мы едим что-то особенно вкусное. Однако если одно и то же, пусть и очень вкусное, блюдо есть утром и вечером, на завтрак, обед и ужин, скачки дофамина заметно снижаются. Мозг сам поощряет человека быть всеядным, поглощать разнообразную пищу, способную снабдить наш организм всеми необходимыми веществами и микроэлементами, в которых мы так нуждаемся. Наоборот, если питаться одним сахаром, уровень дофамина вообще перестанет подниматься. Человек, регулярно потребляющий сахар для удовольствия, может стать жертвой привыкания – ему будет хотеться сладкого все чаще и все меньше удовольствия оно будет приносить [см. стр. 212].

На самом деле углеводы бывают разные. Существуют углеводы, которые называются сложными: они содержатся в натуральной растительной пище (и в молоке) и содержат сахара в форме длинных молекулярных цепочек. В процессе пищеварения они постепенно распадаются и образуют глюкозу, которая постепенно поступает в кровь, как капсула, медленно высвобождающая полезные вещества. А сахара, содержащиеся в рафинированных сладостях и пище фабричного производства, состоят из коротких цепочек, они высвобождаются мгновенно и попадают в кровеносную систему мгновенно, как лекарство в виде инъекции.

Проблема в том, что, когда в кровь попадает сразу много глюкозы, поджелудочная железа начинает срочно производить инсулин, и это побуждает клетки тела делать запасы на будущее. А нейроны, единственные клетки, лишенные способности запасать питательные вещества, наоборот, страдают от неравномерного поступления глюкозы.

Так наш мозг запоминает малые и большие объемы информации, генерирует идеи, управляет настроением. Сложные углеводы, превращаясь в глюкозу, служат топливом для интеллекта, а простые углеводы в больших дозах становятся топливом для разрушения.

«Наши исследования показывают, – утверждает Фернандо Гомес-Пинилла, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, – что способ мышления находится под влиянием того, что мы едим». Эксперимент на мышах показал, что «длительная диета с большим содержанием фруктозы ухудшает способность мозга учиться и запоминать». Другими словами, пищевые привычки определяют уровень здоровья и эффективности мозга. Когда содержание глюкозы в крови падает, такие психологические процессы, как самоконтроль [см. стр. 192], способность к принятию решений [см. стр. 188], ухудшаются. Когда же ее содержание слишком высоко, система замедляется.

Некоторые виды пищи могут замедлять мышление, вызывать забывчивость и трудности в концентрации. В мозге людей, страдающих непереносимостью лактозы, к примеру, потребление молочных продуктов может вызвать «затуманивание» сознания.

Гомес-Пинилла и его коллеги провели и другой эксперимент: нескольким мышам помимо больших доз фруктозы скармливали жирные кислоты омега-3, содержащиеся в таких продуктах, как лосось, орехи и семена льна. Наблюдения показали, что добавки жирных кислот минимизировали эффект чрезмерного потребления фруктозы.

В последние годы жирные кислоты омега-3 стали очень популярными, им приписывают чудодейственные свойства – от лечения рака и сердечно-сосудистых заболеваний до аутизма и депрессии. Как они действуют на опухоли и инфаркты – мы не знаем, однако их положительное влияние на церебральные процессы уже доказано достаточно серьезными экспериментальными исследованиями – например, в случаях дефицита внимания [см. стр. 175] или агрессии у детей. И результаты эти более чем убедительные для того, чтобы порекомендовать всем ввести в обязательный рацион лосося, а также мелкую рыбу, вылавливаемую в холодных водах, такую как сельдь, анчоус и скумбрия, в мясе которых содержатся помимо омега-3 еще два вида жирных кислот – EPA и DHA. К тому же в мясе этих рыб гораздо меньше металлов (в том числе опасной ртути), которые загрязняют сегодня океаны. Рыбу рекомендуется есть и будущим мамам, ожидающим малыша.

Мозг – чемпион по метаболизму среди других органов тела. Он потребляет много энергии, поскольку должен постоянно обрабатывать нейромедиаторы, восстанавливать ионные градиенты между нейронами после возбуждения и передачи информации в течение долей миллисекунды. Поэтому, когда энергетические запасы на нуле, мозг становится очень уязвимым.

Существует еще одно удивительное сходство между мозгом и растительным миром. Солнце, гигантский ядерный реактор в центре планетарной системы, каждый день посылает на Землю необходимую энергию – она питает все, от фотосинтеза в зелени до человеческого мозга.

Практические советы можно получить в разделе «Рекомендации» [см. стр. 111].

Электрическая лампочка поменяла мир самым радикальным образом. Чтобы увидеть это, достаточно поехать в далекую африканскую деревню без электричества и обнаружить, что после заката солнца читать не получится – разве что при свете дрожащего пламени. Изобретение Томаса Эдисона миллиардам людей предоставило возможность все двадцать четыре часа в сутки предаваться тем занятиям и удовольствиям, которым их предки могли предаваться только днем. Однако у этого изобретения обнаружился большой минус: искусственный свет нарушил сон.

Сон – это потеря сознания, служащая переключателем для cogito, ergo sum (мыслю, следовательно, существую): во время сна чувственное восприятие мира притормаживается. Мозг продолжает функционировать, но как бы в состоянии stand-by, под парами. Мускулы расслабляются, и наступает сладостное состояние, воспетое поэтами, благословенный отдых (если не вмешивается сегодняшний синдром смены часовых поясов).

Сон – весьма древнее свойство живых организмов, полученное ими в ходе эволюции. Спят не только млекопитающие – спят птицы, рептилии, рыбы. Для человека он стал и отдыхом, и порой раздражающей необходимостью – из-за все той же электрической лампочки. «Сон – чудовищная потеря времени, наследие пещерных предков», – объявил Томас Эдисон, гордясь собственной легендарной трудоспособностью (что даже привело руководителя Edison Electric Light Company к конфликтам). Сегодня, полтора века спустя, политики и чиновники часто публично хвастаются тем, что спят по четыре-пять часов в сутки. На самом деле подобное поведение должно было бы беспокоить граждан и избирателей – вряд ли им нужен истощенный руководитель. Мозг не может работать нормально, если его лишить сна.

Но почему мы все-таки спим? Ответить на этот простой вопрос весьма затруднительно – слишком много разных гипотез и теорий циркулирует в научном сообществе, и по их поводу нет единого мнения. Совершенно точно известно, однако, что лишенный сна мозг работает плохо, совершает ошибки, человек легко впадает в раздражение, утрачивает творческие порывы, а если лишить его сна совсем, то все может закончиться летальным исходом.

Существует гипотеза, полагающая, что сон способствует сохранению энергии, однако она не слишком убедительна – во время сна организм потребляет ненамного меньше калорий, чем бодрствуя. Есть и гипотеза, утверждающая, что сон был придуман эволюцией для защиты живого существа от опасностей, но и она не выдерживает критики – ведь во сне мы беспомощны. Доподлинно известно, что сон способствует физическому восстановлению организма: экспериментально доказано, что во сне быстрее заживают раны и укрепляется иммунная система.

В последние годы биологи открыли, что во время сна в мозге происходит очищение, краткосрочная и долгосрочная память структурируются [см. стр. 84], что необходимо для процесса обучения [см. стр. 179]. Самые последние исследования показали, что сон позволяет в буквальном смысле вымыть мозг и удалить из него опасные шлаки и токсины. Он это делает посредством гидравлического насоса, которым, по сути, служит глимфатическая система (она вовлекает в процесс глиальные клетки [см. стр. 46] и напоминает лимфатическую систему), способная смыть нежелательные молекулы, такие как бета-амилоиды, пептиды, образующиеся в больших количествах при поражении мозга синдромом Альцгеймера. «Скопления бета-амилоидов делают сон менее глубоким и тем самым снижают память, – пишут ученые. – Чем менее глубоким сном спит человек, тем хуже его мозг очищается от вредных белковых соединений».

В любом случае необходимость и полезность сна стали неоспоримым фактом благодаря результатам последних исследований, ставших возможными в последние десятилетия с появлением новых технологий. Доказано также, что во время сна мозг вовсе не бездействует. Он трудится, и с некоторых точек зрения даже больше, чем во время бодрствования. Электроэнцефалография – метод, регистрирующий электрическую активность мозга, – была изобретена еще в 20-е годы ХХ века. Но только в 50-е годы прошлого века биологи применили ее к исследованию процесса сна и выяснили, что сон не является равномерным и однородным процессом, а представляет собой череду фаз разной активности и разной длительности.

К примеру, вы лежите в постели и читаете книгу. Скорее всего, в мозге в этот момент преобладают бета-волны. Зевая, вы снимаете очки и выключаете свет: мозговой ритм замедляется, образуются альфа-волны. Постепенно усталость берет свое, тета-волны снижают частоту, пока не становятся волнами дельта, – это уже глубокий сон. Но главная интрига впереди – спустя примерно 90 минут частота электрических колебаний становится неустойчивой, она колеблется между низкой дельта и более высокой тета, глаза движутся под веками. Эта фаза быстрого сна – так называемый сон БДГ (быстрые движения глаз) – самая загадочная. В этой фазе снятся самые яркие сны. Мозг активен, как на просмотре фильма в кино.

Когда речь заходит о снах, которые нам снятся, все становится совсем запутанным. Прежде всего потому, что никто не знает, что такое сны (и, в частности, кошмары) и для чего они нужны. Снам издревле приписывали роль послания – их авторы со временем менялись. В Древнем Египте жрецы полагали, что таким образом боги доносили до людей свои сообщения и пожелания, позднее сны стали считать голосом подсознания (Зигмунд Фрейд называл сны «магистралью для бессознательного»). Считалось, что во сне происходят метафизические контакты со сверхъестественным, паранормальные коммуникации с потусторонним, случаются предсказания будущего.

С уверенностью можно отметить, что сны людям снятся совершенно разные, поскольку и те, кто их видит, совершенно разные. Есть люди, которые запоминают все свои сны, есть и те, кому кажется, что они снов не видят. Обычно мы сны, конечно, забываем – большинство из них весьма скучны. Большинство людей видят сны в цвете, однако некоторые наблюдают черно-белые, как в старом телевизоре. Слепые от рождения люди, у которых слуховые, тактильные и обонятельные ощущения развиты сильнее, чем у обычных людей, «видят» сны без картинок. Те же, кто ослеп в юном возрасте, видят обычные, в виде картинок сны. Кроме того, страшные сны снятся гораздо чаще, чем счастливые.

Сегодня уже известно, что сны не являются неотъемлемым свойством быстрой фазы сна, как думали биологи раньше. Несколько реже, чем во время быстрой фазы, сны могут сниться и в других фазах. Очевидно, что сны должны играть какую-то позитивную роль: возможно, это своеобразные упражнения или консолидация и реструктуризация памяти.

Ученые доказали, что быстрый сон и сновидения играют важную роль в накоплении памяти, дезактивируя резервные и не нужные более синапсы, сохраняя важную и удаляя неважную информацию.

В человеческой культуре сон может принимать самые неожиданные формы. В качестве примера можно привести японскую практику инэмури – сон прямо на рабочем месте или на собрании, заседании: с одной стороны, они и правда хотят передохнуть, но, с другой – показать, что они так преданны работе, что готовы даже спать в офисе. В других странах, в Европе или Америке, подобное поведение считается неприличным, а в Японии – приветствуется. В некоторых случаях дневной сон действительно полезен, хотя обязательность испанской сиесты уже давно превратилась в миф. Некоторые сомнологи полагают, что вздремнуть днем можно, но не больше 10–20 минут и без погружения в глубокий сон.

Легенды рассказывают, что Леонардо да Винчи, Исаак Ньютон и Никола Тесла спали мало и использовали дремоту и сон как ресурс для творчества [см. стр. 188]. Дмитрий Менделеев увидел структуру своей таблицы и расположение элементов в ней во сне, сидя за лабораторным столом.

Никто, конечно, не захочет сегодня жить в мире без электрического света, он многократно увеличил наши возможности для ночной деятельности. Однако биология мозга не изменилась: лучшее, что можно сделать ночью, – это лечь спать.

Практические советы можно получить в разделе «Рекомендации» [см. стр. 111].

Все знают выражение: «В здоровом теле здоровый дух». Эти слова были написаны римским поэтом-сатириком Ювеналом в одной из его сатир и стали поговоркой во многих языках мира. Другими словами, у человека, здорового телесно, и с умом все в порядке.

Жаль, но, согласно выводам историков, мысль, которую хотел донести поэт в первом веке нашей эры, была совсем иной. Буквально фраза по-латыни звучит так: «Con orandum est ut sit mens sana in corpore sano», что значит: «Надо просить богов, чтобы ум был здоровым в теле здоровом». Поэт хотел подчеркнуть, что самое главное в жизни – здоровье, как умственное, так и телесное, и не стоит суетно просить у богов богатства и славы.

Забавно, как интерпретация мысли поэта изменилась со временем и связала тело и голову в единый организм. По прошествии лет эта интерпретация стала вполне логичной не столько с поэтической точки зрения, сколько с точки зрения интуитивного опыта. Голова и тело, которое ее носит, по сути, действительно неразделимы.

И это действительно так: чтобы создать действительно пластичную, способную к восприятию новых знаний и обладающую хорошей памятью синаптическую структуру, надо постоянно предпринимать физические усилия (и отдыхать, конечно). Мозгу нужны усилия со стороны тела, адекватная физическая нагрузка способствует биохимическим процессам, во время которых идет выработка необходимых для его работы веществ.

Биологические исследования подтверждают, что регулярная аэробная нагрузка (бег, плавание, гребля, велосипед, быстрая ходьба, а также танцы) приносит пользу мозговой деятельности как на короткий, так и на длительный период.

Вкратце: аэробные упражнения повышают сердечный ритм (и мозг получает больше кислорода), устраняют последствия стресса (стресс для мозга определенно ничего хорошего не несет) [см. стр. 216] и способствуют выработке веществ, полезных для психофизического состояния и обладающих антидепрессивными свойствами. Их список выглядит как аптечный перечень наркотиков, однако получает их организм совершенно законно: бета-эндорфин (опиат), фенилэтиламин (стимулятор) и анандамид (каннабиноид).

Последнее вещество получило свое название от санскритского слова ananda, означающего «радость», «блаженство», и вызывает чувство эйфории у людей, практикующих бег регулярно, так называемый кайф бегуна. Среди бегунов, вынужденных отказаться от бега по тем или иным причинам, бывают даже приступы легкой ломки.

Упражнения, практикуемые достаточно долго, сказываются на мозговой деятельности положительно. Многочисленные научные работы утверждают, что постоянная аэробная нагрузка положительно влияет на оперативную память, на пространственную ориентацию и запоминание речи; улучшает способность к концентрации внимания и когнитивную гибкость, так называемую способность к мультизадачности.

Физическая активность вслед за эволюцией, создавшей тело и сознание Homo sapiens, помогает улучшить мозговую пластичность, способствует росту и выживанию нейронов. Если же занятия физкультурой происходят достаточно регулярно, то в мозге наблюдается приращение серого вещества, особенно в области передних лобных долей [см. стр. 73] и гиппокампа [см. стр. 64], связанной с интеллектуальными функциями мозга, то есть теми, что отличают человека.

Это философская проблема, что первично в данной ситуации: физические упражнения (курица) порождают благополучие мозга (яйцо). Но кто появился первым – яйцо или курица?

В настоящий момент распространена гипотеза, согласно которой наши далекие предки примерно 2 миллиона лет тому назад изменили свой образ жизни, став охотниками-собирателями. Для этого им потребовалось заметно повысить свою физическую активность, начать гоняться за добычей и проходить многие километры по лесу. Изменилась и их диета: в ней появилось больше животного белка, что привело росту церебральной массы, особенно коры мозга, и заметному улучшению когнитивных способностей.

Таким образом получается, что тело и мозг связаны неразрывно и зависят друг от друга.

Практические советы можно получить в разделе «Рекомендации» [см. стр. 111].