Загадки роста мозга

Недавние открытия показывают, что 250 000–300 000 лет назад у наших предков на 20 % возросла масса неокортекса, мыслящей, рассудочной части мозга¹. Все произошло спонтанно и необъяснимо, в противовес нормальному, линейному ходу эволюции. Такое стремительное увеличение серого вещества обусловило превосходство человеческого мозга. Что вызвало этот эволюционный скачок, давший нам неокортекс крупнее и плотнее, чем у любых других животных, остается тайной.

Также, в отличие от остальных млекопитающих, в то время как масса человеческого неокортекса возросла на 20 %, размер тела увеличился только на 16 %. Можно сказать об этом и по-другому: размер человеческого тела увеличился только на 80 % относительно увеличения массы мозга, что является заметным отклонением от типичных пропорций у млекопитающих.

Напрашивается еще один интересный вопрос. Почему не изменился размер черепа, как в целом, так и в отношении к остальному телу? До некоторой степени череп все-таки увеличился, но не пропорционально мозгу, как это бывает у животных. Ученые полагают, что если бы размеры черепа возросли настолько же, насколько мозг, то голова новорожденного просто не смогла бы пройти через женский таз при родах. Ведь даже при настоящих пропорциях процесс рождения у людей сопряжен с большим риском и осложнениями из-за размеров головы младенца. Так что, если бы в те первобытные времена размер головы увеличился, а размер таза остался прежним, резко возросла бы смертность среди новорожденных и рожениц и человек вымер как вид. Единственным возможным решением этой проблемы, которое, однако, отвергла Мать Природа, было бы увеличение таза у женщин пропорционально голове новорожденного. Мы можем только воображать, какие формы имели бы женщины в этом случае. При таком увеличении тазовых костей первобытные женщины, вероятно, были бы вынуждены снова перейти на четвереньки.

Поролоновый мозг

Решение Матери Природы было простым и элегантным. Человеческий мозг просто-напросто уплотнился, так что 98 % неокортекса оказалось в глубинах складок.

Подобно японскому вееру, который в сложенном виде скрывает цветочный орнамент, новый свернутый мозг стал скрывать большую часть своего серого вещества. Такое воплощение, сильно напоминающее грецкий орех, стало эффективным решением размещения большего объема в меньшем пространстве.

Несколько лет назад я помогал дочке со школьным заданием на тему мозга. Мы обсуждали, как бесчисленные складки мозга могут максимально увеличить массу и минимизировать используемое пространство. Дочке было сложно понять общую идею. Когда следующим утром она ушла в школу, я купил десять поролоновых мячиков диаметром десять сантиметров. Также я нашел стеклянный кувшин емкостью в один галлон с широким горлышком. Тем вечером я попросил дочку положить в кувшин два мячика. Они заняли почти весь объем кувшина.

– Складок нет, так? – спросил я.

Она кивнула.

– Так бы выглядел мозг без складок, – сказал я.

А затем попросил ее впихнуть в кувшин все десять мячиков и закрыть крышку. Проделав это, она начала хихикать, а затем смеяться. Содержимое стеклянного кувшина весьма напоминало человеческий мозг.

Важнейшей составляющей эволюционного скачка, произошедшего 250 000 лет назад, стала способность мозга сворачиваться внутрь себя, в результате чего он стал таким, каким мы его видим сегодня. Теперь моя дочка может вам рассказать, что способность мозга сворачиваться внутрь себя является свойством адаптации, давшим первобытным людям жизненно важные преимущества над другими особями в их окружении.

Складчатый мозг с его стремительной эволюцией дал человечеству потенциал для умственного развития, который мы едва начали осваивать в наши дни. Современный человек все еще имеет те же пропорции относительно массы мозга, что и 250 000–300 000 лет назад. Став новым видом с новым увеличенным мозгом, мы вышли за пределы необходимости преодолевать долгий путь линейной эволюции, по которому следуют все остальные существа на нашей планете. Однако несомненно и то, что наш вид в целом не использует способности своего нового мозга в полной мере.

Мозг: эволюционная капсула времени

Если вы хотите проследить путь эволюции человека, лучше всего начинать с верхней точки. Мозг является своего рода капсулой времени, иллюстрирующей эволюционное развитие человечества, а эволюция имеет долгую память.

Весь пройденный нами путь развития содержится в нашей черепной коробке. Если бы сегодня наш мозг был другим, была бы другой и история нашего вида.

Согласно передовым исследованиям доктора медицины Пола МакЛина, человеческий мозг имеет три формации, различающиеся по форме, размеру, химии, структуре и рабочим паттернам, отражающим наше развитие в ту или иную эру. По сути, человеческий мозг состоит из трех отдельных подмозгов. МакЛин называет их тремя взаимосвязанными биологическими компьютерами. Каждый обладает собственным разумом, чувством времени и пространства и памятью, а также другими функциями².

Этим подструктурам мозга даны следующие названия: архипаллиум (также рептильный мозг; R-комплекс, или рептильный комплекс; мозговой ствол с мозжечком), палеопаллиум (средний мозг, млекопитающий мозг или лимбический мозг) и неопаллиум (новый мозг, неокортекс, мозговая кора или передний мозг). Для простоты мы будем обозначать мозговой ствол и мозжечок как первый мозг, средний мозг как второй мозг, а неокортекс как третий мозг или новый мозг. Иногда по ходу книги я использую и другие названия для каждой из трех формаций. Взгляните на рис. 4.1, приведенный из книги МакЛина «Триединый мозг в развитии». Вы можете сравнить его с рис. 3.7, где представлен мозг современного человека. И хотя каждый подмозг работает независимо от остальных, в целом мозг функционирует как единое целое, делая сумму больше слагаемых.

Рис. 4.1. Триединый мозг

Иерархический порядок этих трех структур сообщает важную информацию о нашей эволюции и функциях мозга. Первым, более 500 миллионов лет назад, развился мозговой ствол – «перемычка», соединяющая спинной мозг с основанием головного. Самый примитивный отдел, он занимает наибольшую часть мозга у рептилий. Ученые прежних времен назвали этот отдел человеческого мозга рептильным, поскольку он напоминает собой цельный мозг рептилий.

Непосредственно за мозговым стволом крепится мозжечок, развившийся примерно 300–500 миллионов лет назад. Эта часть первого мозга отвечает за координацию, проприорецепцию (бессознательное ощущение движения и ориентации в пространстве) и движение тела, как с крупной, так и с мелкой моторикой. Недавние исследования позволяют предположить, что мозжечок выполняет и другие функции. Например, он тесно связан с лобной долей, областью неокортекса, отвечающей за намеренное планирование³. Кроме того, мозжечок, как оказалось, играет динамическую роль в комплексном эмоциональном поведении⁴. Нейроны мозжечка являются самыми плотно связанными нервными клетками во всем мозге. Эта повышенная взаимосвязанность позволяет мозжечку управлять многими функциями, не требуя от нас сознательного участия.

Средний мозг развился 150–300 миллионов лет назад. Этот второй мозг иногда называют млекопитающим мозгом, поскольку он наиболее развит у млекопитающих. Средний мозг, обхватывающий мозговой ствол, испытал наибольший прогресс в своем развитии в течение последних трех миллионов лет и достиг пика около 250 000 лет назад. Эта область мозга является вместилищем нашей непроизвольной автономной нервной системы.

Наконец, около трех миллионов лет назад вокруг первых двух мозгов образуется новый мозг – со своим важнейшим элементом, неокортексом («нео» означает новый, или модифицированный), или корой. Таким образом, эта внешняя оболочка (выглядящая как апельсиновая кожура) является самым поздним слоем и самой продвинутой областью мозга, развившейся у приматов и людей. Центр сознательного восприятия, этот новый мозг вмещает нашу свободную волю, мышление и способность к обучению и рассудочной деятельности. На рис. 4.2 представлен мозг в поперечном сечении (от уха до уха), демонстрирующем плотность и размер неокортекса. Серое вещество (нейроны) и белое вещество (глиальные клетки) третьего мозга также видны.

Рис. 4.2. Поперечное сечение мозга от уха до уха

Развитие первого мозга: мозговой ствол и мозжечок

Мозговой ствол в основном поддерживает базовые жизненные функции, включая обеспечение и контроль сердечного ритма и дыхания. Эти жизненные функции едины для всех животных особей. Мозговой ствол также занимается регулировкой различных уровней бодрствования и сна. Это в большей степени его задача, чем высших центров неокортекса.

Мозжечок, или малый мозг, также представляет собой часть нашего первого, рептильного мозга. Морщинки и складки придают ему характерный вид. Относительно крупный по сравнению с другими структурами мозга, мозжечок имеет трехдольное строение и крепится к мозговому стволу, располагаясь под самой задней областью неокортекса.

Недавняя функциональная сцинтиграфия показала, что мозжечок является самой активной частью мозга⁵. Ученые полагают, что мозжечок отвечает за баланс и координацию произвольных и непроизвольных движений и проприорецепцию. Координируя движения, мозжечок выполняет как моторную (возбудительную), так и тормозящую (ингибиторную) функцию.

Некоторые типы простых действий и реакций усваиваются, координируются, запоминаются и хранятся в мозжечке. Например, как только человек выучил, как играть в крокет или даже ездить на велосипеде, ему требуется очень мало сознательных усилий для выполнения этих действий. После того как навык освоен и запомнен – вмонтирован в мозжечок, – наше тело может выполнять это действие автоматически, с самым малым привлечением сознательного мышления. Выработанные установки, эмоциональные реакции, повторяющиеся действия, привычки, внушенное поведение, бессознательные рефлексы и навыки, которые мы освоили, – все они связываются и хранятся в мозжечке.

Как мы теперь знаем, в неокортексе среднее число соединений на нейрон равняется примерно 40 000. Впечатляющее число, однако в мозжечке так называемые клетки Пуркинье имеют от 100 000 до 1 миллиона соединений на нейрон. Мозжечок является наиболее плотно упакованной областью серого вещества во всем мозге.

Более половины всех нейронов, составляющих человеческий мозг, содержится в мозжечке.

Фактически, мозжечок – это одна из немногих областей мозга, в которой клетки продолжают воспроизводиться еще долгое время после рождения. Интересно отметить: когда младенца качают или баюкают, в его мозжечок поступают импульсы, что, по сути, стимулирует его развитие. Такая польза от качания сохраняется примерно до двухлетнего возраста.

Развитие второго мозга: средний мозг

Вторая развившаяся область называется средним мозгом, поскольку составляющие ее структуры расположены непосредственно в середине мозга. Один из многих терминов для обозначения этой области – «лимбическая система»; лимб означает формирование границы по краю кольца и относится к чему-то окраинному или находящемуся на перемычке между отдельными структурами. Также применяется термин «млекопитающий мозг», поскольку эта область наиболее развита у млекопитающих. Находящийся непосредственного над мозговым стволом, средний мозг у взрослого человека имеет размер абрикоса. Для лучшего запоминания взгляните на рис. 3.7, на котором показано расположение и размер среднего мозга. Также взгляните на рис. 4.3, иллюстрирующий большинство областей мозга, которые мы обсуждаем в этой главе.

Регуляторные функции среднего мозга

Хотя средний мозг занимает только одну пятую объема всего мозга, его влияние на наше поведение велико, поэтому его также называют эмоциональным мозгом. Также средний мозг иногда называют химическим мозгом, потому что он отвечает за регулирование многих внутренних состояний.

Именно наш средний мозг выполняет все эти чудеса, которые обычно мы принимаем как должное: контроль и подержание температуры тела, уровня сахара в крови, кровяного давления, пищеварения, гормонального баланса, а также другие бесчисленные процессы. Средний мозг также настраивает и поддерживает наше внутреннее состояние, компенсирующее изменения во внешнем мире. Если бы не средний мозг, наш обмен веществ был бы как у хладнокровных рептилий, поскольку мы не могли бы поддерживать устойчивое внутреннее состояние, невзирая на температурные изменения внешней среды.

Функции среднего мозга

Помимо регулирующих функций, средний мозг также отвечает за четыре процесса: борьба, бегство, питание и совокупление.

Борьба или бегство. Мы уже говорили об этих двух реакциях на опасность: бей или беги. Как вы помните из главы 3, АНС восходит к среднему мозгу и включает симпатический отдел (борьба или бегство), когда мы испытываем угрозу или страх. Представьте, что вы выносите мусор и видите в кустах медведя. В тот момент, как ваш неокортекс (сознательный мозг) получает сигнал угрозы, этот пробуждающий страх внешний стимул активирует автономную нервную систему. (На самом деле нам сейчас известно, что отдельные структуры среднего мозга чувствуют внешнюю угрозу даже до того, как мы успеваем осознать это.) В свою очередь, наша автономная нервная система автоматически активирует реакцию борьбы или бегства, подготавливая нас к активным действиям. Это запускает последовательность автоматических внутренних процессов. Моментальный выброс адреналина подготавливает наше тело к бегству. Кровоток отводится от внутренних органов к рукам и ногам, максимально повышая способность к передвижению, тем самым улучшая шансы на успешное бегство.

В ситуациях угрозы средний мозг контролирует важнейшие функции для сохранения жизни. Эти рефлекторные реакции кажутся универсальными у всех млекопитающих, ведь все мы имеем эту структуру, называемую млекопитающим мозгом. Другими словами, когда мы оказываемся в ситуациях, вызывающих страх, мы реагируем физиологически и биохимически почти так же, как кролики или собаки.

Рис. 4.3. Обзор мозга

Спинной мозг действует как «оптоволоконный кабель», проводящий импульсы из головного мозга в другие части тела и передающий сообщения от тела обратно в мозг.

Мозговой ствол регулирует примитивные функции организма, такие как дыхание, глотание, кровяное давление, сердечные сокращения.

Мозжечок отвечает за равновесие и положение тела в пространстве. Он также координирует движения и поддерживает автоматически вмонтированные в ЦНС воспоминания и поведение.

Средний мозг отвечает за автоматическую регулировку и поддержание химического баланса организма. Он также помогает согласовывать сигналы из внешнего мира с нашей внутренней средой.

Таламус действует как коробка передач, распределяющая всю входящую сенсорную информацию (кроме запахов) в различные области нашего сознательного рассудочного мозга.

Гиппокамп отвечает за формулирование переживаний с соответствующими эмоциональными воспоминаниями, за обработку важной информации в процессе обучения и за кодировку долговременных воспоминаний.

Миндалевидное тело, или миндалина, работает вместе с гиппокампом, генерируя низшие эмоции из восприятий внешнего мира и внутренних мыслей. Она помогает эмоционально заряжать наш жизненный опыт и предупреждает о жизненно важной информации.

Гиппокамп химически регулирует внутреннюю среду тела для поддержания равновесия. Температура тела, уровень сахара в крови, баланс гормонов и эмоциональные реакции регулируются здесь.

Слизистая железа, или гипофиз, получает приказы от гипоталамуса на выделение гормонов в форме пептидов, циркулирующих по кровотоку, и активацию различных желез, тканей и органов тела.

Шишковидная железа, или эпифиз, химически регулирует уровни сна, а также циклические ритмы репродуктивной системы.

Мозолистое тело – это скопление волокон, соединяющих два полушария мозга, чтобы они могли обмениваться информацией.

Кора головного мозга является вместилищем нашего сознательного разума и отвечает за осуществление таких изощренных функций, как обучение, запоминание, творчество и произвольное поведение.

Средний мозг также вовлечен в эмоциональные реакции, связанные с физическим выживанием.

Питание. Когда вы садитесь есть, ваша парасимпатическая нервная система вызывает у вас чувство расслабленности, сохраняет вашу энергию и подготавливает тело для пищеварения и обмена веществ.

Совокупление. Если хотите знать, когда вы заняты этим волнительным процессом, в нем принимают участие как парасимпатические, так и симпатические составляющие вашей автономной нервной системы. Первая помогает вам войти в настроение (вы, вероятно, не ощутили бы особого сексуального возбуждения, если бы за вами гнался хищник), а последняя включается, когда вы испытываете оргазм.

Чтобы продвинуться чуть дальше в понимании лимбического мозга, добавим еще пару фактов и посмотрим, как они все связываются с симпатической и парасимпатической нервными системами. Симпатическая система отвечает за борьбу, бегство, страх и совокупление (оргазм). Парасимпатическая система отвечает за питание, восстановление (рост и заживление) и также совокупление (создание сексуального настроя). Одна система использует, высвобождает и мобилизует энергию, тогда как другая сберегает, создает и хранит.

Структуры среднего мозга

В среднем мозге выделяют таламус, гипоталамус, гипофиз и эпифиз, гиппокамп, миндалевидное тело и базальные ядра.

Таламус. Таламус является точкой пересечения почти всех нервов, соединяющих одну область мозга с другой, тело с мозгом и мозг с телом. Таламус, название которого взято от греческого слова, означающего «внутренние покои», является старейшей и самой объемной составляющей среднего мозга. Скопление ядер нервных клеток, возникающее в центральной узловой точке, состоит из двух отчетливо выделяющихся таламических центров, по одному на каждой стороне среднего мозга. Считайте таламус коммутатором или командно-диспетчерским пунктом, который может соединять любую часть мозга с телом.

Нет ни одного сигнала из внешней среды, который не проходил бы через таламус.

Органы чувств (уши, глаза, кожа, язык, нос) посылают сообщения в таламус, который перенаправляет их в конечные пункты назначения в неокортексе/сознательном мозге.

В то же время таламус может посылать сигналы в другие области мозга, чтобы возбудить или затормозить его различные системы. В этом отношении таламус обрабатывает чувствительную информацию из внешнего мира, определяет и распределяет ее по соответствующим категориям и передает эти сведения во множество центров коры головного мозга. В зависимости от природы сенсорной информации или типа стимуляции из внешнего мира эти сведения затем передаются в различных направлениях по всему мозгу (среднему мозгу, мозговому стволу и так далее) и в тело. Таламус также является связующим звеном между неокортексом и мозговым стволом. Таким образом, эта структура позволяет всему мозгу единовременно получать разнообразные важные сведения из внешнего мира.

Гипоталамус. Эта область среднего мозга является химической фабрикой, регулирующей внутреннюю среду тела и поддерживающей баланс внутренних систем с внешним миром. Гипоталамус (что буквально означает «под таламусом») – это самая важная составляющая среднего мозга, поскольку она генерирует химических посредников для всего тела. Старейшая часть лимбической системы, она может воздействовать на любой орган или ткань тела.

В отличие от таламуса, отслеживающего внешние стимулы, основной функцией гипоталамуса является выработка химикалий, называемых нейропептидами, которые поддерживают баланс внутренней среды организма относительно внешнего мира. Гипоталамус отвечает за гомеостаз, автоматический саморегулирующийся механизм, который, подобно термостату, регулирует и поддерживает химический баланс и внутренний порядок в организме. Гипоталамус контролирует такие процессы, как аппетит, жажда, сон, бодрствование, уровень сахара в крови, температура тела, сердечный ритм, кровяное давление, химический баланс, уровень гормонов, сексуальное влечение, иммунные реакции и обмен веществ. Он также играет важнейшую роль в переживании эмоций. Эта часть мозга вырабатывает химические вещества, позволяющие нам чувствовать себя соответственно нашим мыслям и реакциям.

Давайте вернемся к нашей гипотетической экстремальной ситуации с медведем в кустах, чтобы увидеть, как будут действовать таламус и гипоталамус. Когда органы чувств воспримут облик и звуки приближающегося медведя, таламус получит ряд важных сообщений. Он быстро сориентирует мозг об опасности, в ту же секунду обеспечив поступление предупреждающих сенсорных сигналов. А затем скоординирует тело для немедленных действий. Таламус направит информацию в неокортекс (высшие сознательные центры мозга), который принимает решения, планирует действия, анализирует окружающую обстановку для быстрого поиска выхода и т. п.

Также таламус просигналит гипоталамусу, чтобы тот химически подготовил организм для борьбы или бегства и в теле появилась энергия для ответа на возникшую угрозу. К примеру, гипоталамус отвечает за то, чтобы ноги были физиологически готовы к бегу и прыжкам при получении сигнала из сознательного мозга. С другой стороны, при этой непосредственной угрозе притока крови к органам пищеварения не требуется, поэтому гипоталамус настраивает организм на активные действия вместо переваривания пищи – то есть на борьбу и бегство, но не на питание (или совокупление).

Гипофиз. Гипофиз, или слизистая железа, выделяет химические вещества, активирующие гормоны. Коротко говоря, железы – это органы или особые группы клеток, извлекающие некоторые элементы из крови и выделяющие их в той форме, в которой тело может легко использовать их и избавляться от них. Гормоны являются сложными химическими веществами, вырабатываемыми в том или ином органе тела и запускающими или регулирующими функции других органов. Гормоны выделяют такие железы, как надпочечники, щитовидная железа, яичники, а также некоторые другие.

Гипофиз часто называют главной железой, поскольку она контролирует многие процессы в организме. Эта железа в форме груши, свисающая с гиппокампа, словно фрукт с ветки, сообщается с гипоталамусом и основными железами тела. Гипоталамус посылает как химические, так и электрические сигналы в гипофиз, который вырабатывает определенные химические вещества, запускающие различные химические/гормональные процессы.

Шишковидная железа. Шишковидная железа, или эпифиз, представляющая собой крохотное образование в форме сосновой шишки, располагается в задней части среднего мозга, над мозжечком. (Имеется распространенное заблуждение, будто бы эпифиз находится прямо над глазами, возникшее из-за его названия – третий глаз.) Эпифиз химически регулирует циклы сна и бодрствования. Считайте эту железу внутренними часами мозга, ведь наш организм засыпает и пробуждается, благодаря ее химической активности. Зрительные рецепторы глаз ощущают уровни дневного света или темноты, после чего эта информация попадает в гипоталамус, а затем и в шишковидную железу. И тогда эпифиз у человека (и у многих других не ночных млекопитающих) выделяет различные нейромедиаторы, на которые напрямую влияет объем света, получаемого глазами.

Два нейромедиатора вырабатываются в человеческом теле шишковидной железой в наибольших количествах. Это серотонин, так называемый дневной нейромедиатор, подготавливающий мозг к пробуждению в дневные часы. И мелатонин, ночной нейромедиатор, подготавливающий тело к погружению в восстанавливающий сон в темное время суток, а также участвующий в создании сновидений. Так что, если вы читаете эту книгу поздним вечером и вам хочется спать, причина этого (я искренне надеюсь) биологическая. Зрительные рецепторы ваших глаз больше не чувствуют дневного света, что побуждает шишковидную железу преобразовывать серотонин в мелатонин.

ШИШКОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА У ЖИВОТНЫХ

В отличие от людей и других приматов, у многих низших живых организмов шишковидная железа расположена вблизи черепа. К примеру, у амфибий, рептилий, рыб, птиц и некоторых млекопитающих. Благодаря такому положению эпифиза эти животные могут распознавать изменение объема солнечного света в различные времена года, а также в разное время суток.

Таким образом, у многих видов животных эпифиз напрямую связан с биологическими циклами, зависящими от сезонных изменений. К ним можно отнести миграции, суточные биоритмы, репродуктивные циклы, вынашивание потомства и даже брачные игры.

Каким же образом эпифиз подталкивает животных к размножению в определенное время года? Возьмем для примера животных, впадающих в зимнюю спячку, таких как медведи. В течение относительно темных зимних месяцев их шишковидная железа выделяет в кровоток и ликвор больше ночного нейромедиатора, мелатонина. Часть мелатонина поглощается гипофизом, который в ответ вырабатывает нейрогормоны, подавляющие активность половых органов, снижая склонность животных к размножению.

Также эпифиз преобразует мелатонин в нейрогормон под названием 5-метокситриптамин, устраняющий половое влечение и снижающий аппетит у некоторых видов млекопитающих, впадающих в спячку. Кроме того, замедляются обмен веществ и другие процессы в организме, что позволяет этим животным спать всю зиму.

Весной световой день увеличивается, повышается выработка серотонина и других нейромедиаторов, побуждая этих животных вновь ощутить половую активность и возрастание аппетита. В результате они спариваются и вскармливают своих детенышей в течение более теплых месяцев, когда объем пищи и другие условия окружающей среды благоприятны для выживания.

Гиппокамп. Гиппокамп отвечает за долговременную память. Свое название «морской конек» (греч.) он получил из-за сходства с обитателем водных глубин. Эта область мозга позволяет нам обучаться, получая новый опыт и воспоминания.

Гиппокамп распределяет поступающую информацию, определяя ее на кратковременное или долговременное хранение. К кратковременным воспоминаниям относится информация, необходимая нам немедленно, но ненадолго. Списки покупок, телефонные номера, по которым мы звоним только один раз, и маршруты, которые нам, вероятнее всего, не понадобятся в будущем – все это хорошие примеры информации, хранящейся в кратковременной памяти.

В долговременной памяти гиппокамп хранит информацию, которой мы можем пользоваться по своему желанию в будущем еще не раз. Очевидные примеры: наши домашние адреса, имена супругов, марка автомобиля и т. п. На корпоративной вечеринке мы можем познакомиться с людьми, имена которых уже не нужно будет помнить на следующий день, так что нет смысла хранить имя супруги начальника в долговременной памяти. Долговременные воспоминания связаны, как правило, с переживаниями, основанными на разнообразной информации, получаемой нами при помощи пяти органов чувств.

Такая кодировка памяти, происходящая в гиппокампе, называется ассоциативным обучением или ассоциативной памятью. Представьте, что ребенок бросает камни в улей, после чего получает новый опыт в виде множества укусов. В будущем у этого ребенка возникнет соответствующая ассоциация между бросанием камня, возбужденными пчелами, вылетающими из улья, звуком их злобного жужжания, местом, где он находился, когда его жалили множество раз, и ощущением боли от этих укусов. Гиппокамп определит эту сенсорную информацию на долговременное хранение в различные области неокортекса, чтобы полученный опыт был перекодирован в мудрость. Если ребенок не будет искать неприятностей, ему не придется повторять такой опыт, чтобы усвоить значение этого воспоминания. Эволюция гиппокампа позволила многим видам животных выбирать действия, повышающие их шансы на выживание, и избегать поведения, грозящего неприятностями.

Давайте посмотрим, как гиппокамп справляется с этой задачей. Он ведет учет разнообразных фактов, ассоциирующихся с определенными людьми, местами, вещами, временами и событиями. Нам свойственно лучше запоминать переживания, когда они как-либо связаны с чем-либо из вышеперечисленного. Гиппокамп создает память личных событий, связанных с вещами, случившимися с нами в конкретном месте и времени⁶. К примеру, в рассмотренном случае люди – соседи пчеловодов; место происшествия – участок с ульями; вещи – камни, которые бросал ребенок, и улей; время – летний день; а события – бросание камней, ощущение укусов и, вероятно, какое-то последующее лечение.

Когда мы получаем какой-либо новый опыт, гиппокамп, собирая воедино сигналы от всех наших органов чувств (зрения, обоняния, вкуса, осязания и слуха), делает возможным создание воспоминаний. Сочетая всю поступающую сенсорную информацию, гиппокамп связывает человека с вещью, место со временем, человека с событием и т. д. У ребенка из нашего примера этот опыт попадет в долговременные воспоминания, где воедино будут связаны соседи (люди) с пчелиным ульем (вещами) и лосьоном, которым ему протирали укусы (запах), участок соседей (место) с ощущением укусов (событием), боль от укусов (ощущение) с камнями (вещами) и т. д. Позже переживание одного из этих элементов (запах лосьона, например) запустит у него поток воспоминаний о прошлом опыте. Но такое начинает происходить только после четырехлетнего возраста. Мы мало что помним из раннего детства из-за того, что гиппокамп полностью развивается у нас только к четырем годам.

Ассоциативные воспоминания позволяют нам использовать знакомое для усвоения чего-то незнакомого. Они являются строительным материалом для создания лучшего понимания. Воспринимая новую информацию, относящуюся к людям, местам, вещам, временам и событиям, и ассоциируя ее с событиями, уже пережитыми нами посредством пяти органов чувств, мы строим ассоциативную память.

Гиппокамп тесно связан с нашим поиском нового. Он отвечает за претворение неизвестного в известное.

Например, если гиппокамп уничтожают у лабораторных животных и им дается возможность исследовать новую среду, они будут игнорировать незнакомые области и постоянно возвращаться к территории своей клетки. На самом деле наши идеи о том, что мотивирует обучение, могут быть не очень точными. Некоторые ученые проводят переоценку давних моделей обусловленного поведения, где награда или наказание (удовольствие или боль) являлись побуждением к обучению у животных. Возможно, что животные в таких исследованиях в большей степени приучались, нежели обучались. Многие исследования, связанные с гиппокампом, предполагают, что для нескольких различных видов животных обучение новым вещам является наградой самой по себе⁷.

Миндалевидное тело. Миндалевидное тело, или миндалина, от слова «миндаль» по-гречески, отвечает за наши реакции в ситуациях, угрожающих здоровью и жизни. Также это своего рода хранилище для четырех высоко заряженных примитивных эмоций: агрессии, радости, грусти и страха. Кроме того, миндалина участвует в присвоении различных эмоциональных зарядов нашим долговременным воспоминаниям.

При возникновении ситуации, угрожающей жизни, миндалина проводит мгновенную оценку внешней среды в отношении возможных действий. Это важнейшая область среднего мозга, производящая чувство страха. Фактически, миндалина активирует тело в ответ на опасность еще до того, как вы осознаете это, поэтому ее иногда называют прекогнитивным ответчиком. Вот почему миндалина так важна для выживания нашего вида, как, впрочем, и других. Она обрабатывает сенсорную информацию, имеющую важнейшее значение для выживания в кризисной ситуации, и моментально активирует тело еще до того, как включатся другие нервные центры.

Представьте, что вы едете на велосипеде по парку, слушаете плеер в наушниках и поглощены музыкой. Вдруг перед вами из кустов выскакивает маленький ребенок. Миндалина получает эту важнейшую информацию и заставляет вас нажать на тормоз еще до того, как вы осознаете свои действия, то есть до того, как сигнал поступит в неокортекс. Такая реакция повышенной прекогнитивности может спасти человеческую жизнь. Поскольку средний мозг является более примитивной областью, чем неокортекс, понятно, что этот механизм, по-видимому, был закреплен миллионы лет назад, задолго до того как у нас развилось рассудочное мышление, прерогатива конечного мозга.

Активированная миндалина также вызывает эмоции ярости и агрессии, помогая нам защищаться в потенциально угрожающих ситуациях. Поэтому мать будет оберегать свое потомство в любой опасной ситуации, даже рискуя жизнью и не взвешивая шансы на успех.

Недавние исследования также указывают на то, что миндалина связана с хранением эмоциональных воспоминаний, воздействующих на восприятие определенных ситуаций. Миндалина определяет воспоминание об опасной ситуации как внушающее страх, чтобы в дальнейшем помочь нам избежать ее. У людей миндалина кодирует переживания с высоким эмоциональным зарядом – злость, страх, грусть и даже радость – для хранения в долговременной памяти. Однако исследователи не могут указать конкретную область мозга, в которой хранилась бы некая конкретная эмоция, к примеру грусть. Подобные результаты показали и эксперименты, проводившиеся на приматах.

В интригующем новом исследовании, проведенном учеными Уэльского университета, слепой пациент обнаруживал владение шестым чувством, позволяющим ему распознавать грустные, сердитые или счастливые лица. Пациент Х (52 года) потерял зрение после повторного инсульта, затронувшего мозговые центры, обрабатывающие зрительные сигналы. Однако сцинтиграфия его мозга показала, что, когда он смотрит на лица, выражающие некую эмоцию, активируется другая часть мозга – не зрительная кора, а миндалина. Эта маленькая структура отвечает за невербальные сигналы (или воспоминания) злости или страха⁸.

Доктор Алан Пенья из Школы психологии при Уэльском университете в Бангоре возглавлял исследовательскую группу в Северном Уэльсе и в Университетской клинике Женевы. Ученые выяснили, что пациент Х был неспособен различать такие формы, как круг и квадрат. Более того, он не мог определить пол человека, который сделал «рожу кирпичом», или отличить нормальное выражение лица от гримасы. Но когда его попросили определить, сердитое или счастливое перед ним лицо, он смог дать правильный ответ в 59 % случаев. (Большинство участников эксперимента с повязкой на глазах давали не больше 50 % правильных ответов плюс-минус несколько процентов.) Такой коэффициент несколько превышал статистически случайный, и он также подтверждался, когда испытуемого просили различить грустные и счастливые или испуганные и счастливые лица.

В результате ученые заключили, что

эмоции, отражающиеся на человеческом лице, регистрируются не в зрительной коре, а в правой миндалине, расположенной внутри височной доли.

«Это открытие… представляет интерес для ученых, исследующих проблемы поведения, из-за ассоциации правой миндалины с подпороговой обработкой эмоциональных стимулов у клинически здоровых людей, – сказал доктор Пенья. – Пациент Х помог нам установить, что эта область, несомненно, обрабатывает зрительные сигналы, связанные со всеми типами эмоциональных выражений лица»⁹.

Хранение воспоминаний в этой области мозга, отвечающей также за мгновенные реакции, может многое объяснить относительно чувствительности некоторых личностей.

Базальные ядра. Базальные ядра сочетают мысли и чувства с физическими действиями. Базальные ядра представляют собой запутанные сплетения нервных сетей, взаимосвязанных с неокортексом. Они расположены в каждом полушарии, прямо под неокортексом и над более глубокими структурами среднего мозга.

Давайте посмотрим, как работают базальные ядра. Вспомните, как вы обучались какому-нибудь навыку, связанному с мышечными движениями, например вождению велосипеда. Вначале вам нужно было сознательно обдумывать свои действия. Каждый раз, практикуясь, вы укрепляли нервные цепи у себя в мозге, передававшие команды телу относительно равновесия, координации и т. п. После такой подготовки эти нервные цепи прочно закрепились, и ваши движения – кручение педалей и поддержание равновесия – стали автоматическими.

В такой момент ваши базальные ядра вместе с мозжечком взяли на себя координацию этих автоматических действий. При поездке на велосипеде базальные ядра получали сенсорную информацию из окружающей вас обстановки через новые кортикальные слои плюс команды от неокортекса относительно движений определенных мышц и координации. Базальные ядра сочетали ваши мысли и чувства с физическими действиями, придавали плавность мелко-моторным движениям и удерживали тело от совершения случайных, непроизвольных действий. Помимо этих функций, базальные ядра позволяют нам контролировать наши импульсы и удерживать определенный темп движения. От них зависит ощущение нами удовольствия и экстаза.

Чтобы составить более ясную картину обо всех важных функциях, выполняемых базальными ядрами, представим, что может произойти, если они перестанут работать. У людей, страдающих синдромом Туретта, функция базальных ядер нарушена, так что они не в состоянии координировать мысли и чувства с действиями. Такие люди часто теряют контроль над импульсами и испытывают перевозбуждение. Это проявляется в том числе в резких движениях, подергивании головой, мигании глазами и т. п.

Каждый из нас наверняка оказывался в ситуации, когда базальные ядра получали так много информации из неокортекса, что уровень электрохимического заряда становился слишком высоким, чтобы его можно было обработать. Когда такое происходит, базальные ядра действуют как прерыватель тока в предохранительной коробке и, условно говоря, перекидывают главную цепь, то есть наше тело приводится во временное состояние бездействия. Например, испугавшись, мы можем замереть; смутившись или будучи возмущены, мы иногда теряем дар речи. Когда мы пытаемся заговорить с кем-то, кого считаем крайне привлекательным, все наши мысли куда-то разбегаются.

Подобно тому как некоторые машины разгоняются быстрее других, базальные ядра у одних людей действуют активнее, чем у прочих.

Такие люди часто тревожатся или нервничают. Без особой причины они постоянно оценивают окружающую обстановку, просчитывают риски и готовятся к возможной опасности. Их базальные ядра действуют в усиленном режиме – не настолько усиленном, чтобы уподобиться прерывателям тока, но все же заметно сильнее, чем у большинства. Такие люди имеют склонность к чрезмерным переживаниям по любому поводу.

С другой стороны, согласно новейшим исследованиям с применением сцинтиграфии мозга, базальные ядра у так называемых «делателей» обычно несколько более активны, чем у большинства. При повышенной активности происходит именно то, что и должно происходить: мысли и эмоции переводятся в немедленные действия – именно действие становится для этих людей средством от перегрузки их базальных ядер. Чрезмерная энергия, производимая базальными ядрами, должна как-то расходоваться. Иначе случится энергетическая перегрузка и как результат – нервная перевозбудимость. Простой пример такой ситуации – это когда мы сидим где-то в компании и кто-то все время качает ногой. Базальные ядра такого человека более активны, чем у остальных, и это проявляется в неусидчивости¹⁰.

Развитие третьей, и позднейшей части мозга: неокортекс

Неокортекс – это вместилище нашего сознания и созидательного потенциала. Это мыслительный, рассудочный мозг, позволяющий нам обучаться и запоминать все, что мы переживаем во внешнем мире, а затем модифицировать свое поведение, чтобы делать что-то лучше, или по-другому, или чтобы повторить какое-либо действие в следующий раз, если оно возымело положительный результат.

Когда мозг выполняет одну из так называемых высших функций – рассуждение, планирование, вычисление, запоминание, созидание, анализ и т. п., – тогда работает неокортекс. Без неокортекса органы чувств по-прежнему сигнализировали бы о том, что нам, к примеру, холодно, но дальше этого дело бы не шло. Неокортекс позволяет нам интерпретировать ощущение холода и сделать выбор: оставаться на холоде, закрыть окно, надеть свитер (и какой именно) или же включить обогреватель. И если вы когда-то ходили в поход зимой и чуть не обморозились, ваш неокортекс будет помнить об этом.

СРАВНЕНИЕ МУЖСКОГО И ЖЕНСКОГО МОЗГА

В целом мужской мозг крупнее женского более чем на 100 кубических сантиметров, что сравнимо по размеру с небольшим лимоном. Влияет ли это на когнитивные функции? Не обязательно. И хотя разница в объеме мужского и женского мозга остается даже после поправки на размер тела, ученые отчасти приписывают эту вариацию физическим параметрам того или иного человека. В одном специальном исследовании с применением магнитно-резонансной томографии (МРТ), в равной степени учитывавшем параметры как мозга, так и тела, Майкл Питерс с коллегами из Гуэлфского университета в Онтарио в Канаде показал, что разница в объеме мозга между полами уменьшилась на две трети после включения роста в качестве добавочного коварианта¹¹.

Разница в объеме мозга между полами распределяется довольно равномерно по основным долям коры. Пропорции четырех основных долей неокортекса схожи. У обоих полов лобная доля составляет порядка 38 % неокортекса (варьируясь от 36 до 43 %); теменная доля – 25 % (от 21 до 28 %); височная доля – 22 % (от 19 до 24 %); и затылочная доля – около 9 % (варьируясь между 7 и 12 %).

Это означает, что нет никакой особой гендерной области неокортекса, которая составляла бы дополнительную часть в его общем объеме, и что будет сложно найти функциональную гендерную разницу, которая соотносилась бы с различиями в общем объеме мозга. Проще говоря, если отбросить размеры, мы не смогли бы отличить мужской мозг от женского, поскольку их пропорции идентичны.

Что касается различий между мужским и женским мозгом, то уже многие годы наибольшее внимание ученых вызывает структура мозга под названием мозолистое тело. Эта связка из белого вещества соединяет правое и левое полушария, и в ряде ранних исследований предполагалось, что у женщин эта область может быть крупнее, чем у мужчин. Когда такое предположение было высказано впервые в начале 1980-х годов, многие ученые склонялись к мысли, что больший размер этой связки у женщин означал, что женскому мозгу свойственна большая степень взаимосвязанности между двумя полушариями. Такая идея, казалось бы, подкрепляла миф о том, что у женщин правая, эмоциональная часть мозга, и левая, аналитическая, более связаны и интегрированы между собой.

Теперь достоверно известно, что мозолистое тело у женщин не крупнее, чем у мужчин. Вообще-то у мужчин оно примерно на 10 % больше, вероятно, вследствие более крупных размеров тела. И также не имеется существенного анатомического свидетельства в пользу того, что у мужчин или женщин функциональная взаимосвязь между полушариями мозга (невзирая на сложившийся стереотип) различна.

Созданию этого мифа, вероятно, способствовало то, что в процентном соотношении белого вещества, из которого состоит мозолистое тело, у женщин больше, чем у мужчин (2,4 % у женщин и 2,2 % у мужчин). Этот факт может означать только то, что у женщин мысли обоих типов (эмоциональные и аналитические) передаются между двумя полушариями гораздо быстрее. Если большее количество миелина, или белого вещества, в женском мозолистом теле действительно ответственно за более быстрый неврологический взаимообмен между полушариями, тогда это может объяснять, почему мужчины часто впадают в ступор, видя в действии женские способности к решению проблем.

Новый мозг, самое изощренное достижение эволюции на сегодняшний день, как мы уже говорили, появился, когда млекопитающие начали карабкаться вверх по эволюционной лестнице. Развитый в высокой степени у млекопитающих, новый мозг достиг своего высочайшего уровня усложненности у людей. Поскольку он пропорционально больше и сложнее, чем у любых других живых существ – составляет две трети общей площади мозга, – это дает нам уникальные способности, отличающие нас от рептилий, других млекопитающих и ближайших к нам приматов.

Для простоты понимания я буду описывать новый мозг как имеющий внутренний, поддерживающий слой и внешний слой. Внутренний слой мозга напоминает мякоть апельсина, а внешний, называемый кортексом (то есть корой), подобен апельсиновой кожуре. Как я уже говорил, большая часть мозга структурирована в виде скрученных складок, а не просто слоев. Но учитывая, что моя цель – построить мысленную модель для понимания мозга, я периодически буду опускать некоторые сложные моменты.

Вокруг среднего мозга расположена часть нового мозга, называемая белым веществом. Она состоит по большей части из нервных волокон, изолированных миелиновыми оболочками, а также нейроглии, нервных клеток, отвечающих в основном за поддержку соединительных тканей ЦНС (см. главу 3). Существует несколько типов глиальных клеток, выполняющих различные функции. Главное, что нужно помнить о глиальных клетках, это что они способствуют формированию синаптических связей; это может объяснять их многочисленность. Другими словами, каждый раз, когда вы узнаете что-то новое, создавая новые синаптические связи, вам при этом помогает особый тип глиальных клеток, называемых астроцитами. У каждого нейрона есть возможность образовывать огромное число соединений с другими нейронами, и природа могла обеспечить человека избыточным количеством глиальных клеток для создания такого множества потенциальных синаптических связей. Ученые обнаружили свидетельства того, что глиальные клетки имеют свою собственную независимую систему коммуникации, отдельную от нейронов¹².

Мы с вами чаще всего будем рассматривать внешний слой, неокортекс, или кору полушарий, также называемую серым веществом. И хотя толщиной он всего лишь от 3 до 5 мм (от 1/7 до 1/4 дюйма), этот слой так богат нейронами, что, не считая мозжечка, имеет больше нервных клеток, чем любая другая область мозга.

Как и средний мозг, неокортекс состоит из нескольких частей.

Мозолистое тело

Мозолистое тело – это «оптоволоконный» мост, состоящий из сотен миллионов нейронов, соединяющих два полушария нового мозга.

Как известно большинству людей, новый мозг анатомически разделен на две симметричные секции, являющие собой как бы отражения друг друга. Если провести воображаемую линию от середины лба через макушку до центра основания черепа, мы разделим новый мозг надвое. Эти половины известны как левое и правое полушарие головного мозга. Каждое из них контролирует противоположную часть тела.

Полушария мозга не полностью разделены между собой. Их соединяет толстая связка нервных волокон под названием мозолистое тело.

На рис. 4.4 представлено мозолистое тело, являющееся крупнейшим волоконным путем нейронов во всем теле, насчитывая в общей сложности около 300 миллионов нервных волокон. Эта связка белого вещества имеет наибольшее число нервных связей как во всем мозге, так и во всем теле. Ученые утверждают, что мозолистое тело развивалось параллельно с новым мозгом, так что две его отдельные части могли сообщаться между собой через этот мост. Нервные импульсы постоянно перемещаются через мозолистое тело в обоих направлениях, наделяя новый мозг особой способностью наблюдать мир с двух различных точек зрения.

Рис. 4.4. Мозолистое тело, соединяющее два полушария

Четыре доли неокортекса

Два полушария коры делятся далее на четыре отдельные области, известные как доли. Таким образом, неокортекс подразделяется на две лобные доли, две теменные доли, две височные доли и две затылочные доли. У каждой из этих областей различные функции – обработка сенсорной информации, управление двигательными способностями и интеллектуальными процессами, – и каждая предназначена для выполнения различных задач.

В целом лобные доли отвечают за намеренные действия и фокусировку внимания, и они координируют почти все функции остального мозга (моторный кортекс и языковой центр являются частью лобной доли). Теменные доли занимаются ощущениями, связанными с прикосновением и чувствованием (чувственное восприятие), визуально-пространственными задачами и ориентацией тела, а также координируют некоторые языковые функции. Височные доли обрабатывают звуки и запахи и отвечают за восприятие, обучение, язык и память. Также височные доли включают область, помогающую выбирать, какие мысли нам следует выразить. Затылочные доли занимаются зрительной информацией, и их часто называют визуальным кортексом. Если желаете, уделите минуту внимания, чтобы изучить четыре доли коры на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Вид сверху и сбоку различных долей неокортекса

С целью логического построения нашего экскурса я собираюсь сейчас отклониться от естественной последовательности и описать сперва теменную, височную и затылочную доли, а затем заключить все новейшим достижением эволюции, лобными долями.

Теменные доли. Теменные доли расположены прямо над ушами и простираются вверх до центра головы, достигая срединной линии мозга. Это чувствующая/ощущающая область кортекса. Теменные доли отвечают за тактильное и соматосенсорное восприятие, другими словами за то, что мы чувствуем телом. К соматосенсорным ощущениям – получаемым от тела (сомато) – относятся такие, как давление, температура, вибрация, боль, удовольствие, легкое прикосновение и даже осознание того, где располагаются части нашего тела, когда мы не смотрим на них (проприорецепция). Все это интегрируется в соматосенсорном кортексе теменных долей.

Теменные доли обрабатывают информацию, поступающую по периферическим нервам, в основном из внешней среды и в меньшей степени из нашей внутренней среды. Помните, периферические нервы – это такие длинные стволы, играющие роль коммуникационных линий, передающих информацию от мозга телу и от тела мозгу. В частности, мы обсуждаем периферические нервы, которые чувствительны по своей природе, которые ежесекундно получают и обрабатывают миллиарды единиц информации от всех областей тела и направляют ее в мозг. Эти периферические нервы сходятся от различных частей тела (рук, ног, губ, языка) к спинному мозгу, «оптоволоконному» кабелю, передающему всю входящую информацию в мозг, а именно в соматосенсорный кортекс.

Когда вам в ботинок попадает камешек, или вы чувствуете теплый ветер кожей лица, или вам делают расслабляющий массаж, или у вас болит желудок – в любом из этих случаев теменные доли собирают всю сенсорную информацию и определяют ваши ощущения и действия в связи с этим. Прежде всего, теменные доли интерпретируют, какой тип стимула они получают. Затем они оценивают, как будет ощущаться этот стимул – понравится он вам или же он несет угрозу телу. Соматосенсорный кортекс – это область, прежде всего оценивающая то, как вы будете сознательно ощущать себя в той или иной внешней среде. Как только чувствительный кортекс обработает информацию, за дело берутся другие области мозга, такие как лобная доля, стремясь исполнить главное назначение мозга – позаботиться о выживании тела и поддержании здоровья.

Вот пример. Едва ощутимое прикосновение мухи, присевшей вам на руку, моментально завладевает вашим вниманием. Чувствительные рецепторы руки немедленно посылают сообщение по периферическим нервам в спинной мозг, далее оно направляется в соматосенсорный кортекс в полушарии, противоположном руке, на которую села муха. Как только ваш мозг интерпретирует этот стимул, направляется сообщение в лобную долю, где оно обрабатывается для последующего моторного отклика. В этот процесс может быть вовлечен весь мозг или его отдельные области. Вы можете отреагировать автоматически, воспользовавшись моторным кортексом, чтобы пошевелить рукой, согнав муху. Или можете задуматься на секунду-другую, что предпринять. Возможно, вы подниметесь, чтобы приготовить мухобойку.

Теменные доли подразделяются на несколько зон, ответственных за чувствительное восприятие в различных областях тела. Каждый сантиметр поверхности тела имеет соответствующую точку на этом узком срезе кортикальных нейронов. Соматосенсорная область подобна карте отдельных скоплений нейронов.

В середине 1900-х годов несколько ученых работали над тем, чтобы картографировать эти области, проводя эксперименты на животных. Исследователи использовали прикосновения, идентифицируя активированные нейроны в мозге, связанные с той или иной областью тела, которой касались в этот момент. Первоначально исследования сенсорного кортекса проводились на крысах и обезьянах Верноном Маунткаслом в Университете Джона Хопкинса.

У людей эти чувствительные области теменных долей известны как зоны репрезентации, названные так в тот же период канадским нейрохирургом Уайлдером Пенфилдом¹³. Пенфилд провел несколько экспериментов на людях для определения точного соотношения между конкретными зонами мозга и отдельными частями тела. В процессе операции на мозге под местной анестезией (то есть пациенты пребывали в сознании) он использовал крохотный электрод для стимулирования различных областей соматосенсорного кортекса. Возбуждая открытую поверхность мозговой коры пациентов, он спрашивал, что они чувствуют. В каждом случае пациенты быстро отвечали, какое именно ощущение испытывают в пальцах, ступнях, на губах, лице и языке, а также в других частях тела. Таким образом, Пенфилд исследовал и дал названия сенсорным зонам в пределах соматосенсорного кортекса.

Как обнаружил Пенфилд, у людей и других млекопитающих вся поверхность тела размечена в сенсорном кортексе. Есть зоны, относящиеся к губам, рукам, ступням, языку, гениталиям и т. д. У людей эта «карта» получила трогательное наименование гомункулуса, или маленького человечка. Рис. 4.6 показывает этого гомункулуса и иллюстрирует, как соматосенсорные ощущения представлены в человеческом мозге.

Любопытно, однако, то, что тело, представленное в сенсорном кортексе, совсем не похоже на настоящее человеческое тело. Эта «карта» весьма причудлива и не соответствует анатомической схеме с ее пропорциями. Например, область, представляющая лицо, расположена рядом с рукой, ступни соседствуют с гениталиями. Зона языка находится отдельно от зоны рта, под подбородком. В то время Пенфилд не представлял, почему кортикальная карта так странно структурирована.

Рис. 4.6. Разрез неокортекса от уха до уха, демонстрирующий сенсорный и моторный кортексы. Затененные области представляют зоны, иллюстрирующие, как все тело размечено в виде искривленного человечка, называемого гомункулусом

В настоящее время имеются две рабочие модели, объясняющие такое странное расположение¹⁴. Первая модель описывает расположение зон репрезентации. В период внутриутробного роста ручки плода находятся у лица, а ножки согнуты так, что ступни касаются гениталий. В процессе развития постоянный контакт между этими частями тела может вызывать многократную активацию чувствительных нейронов в зонах развивающегося кортекса. Активация кортикальных нейронов может способствовать такой организации чувствительных областей в теменных долях, как если бы эти части тела располагались рядом, тогда как они просто находятся в постоянном соприкосновении. Так может быть заложена основа того, где в итоге различные чувствительные области будут существовать на соматосенсорной пластине.

Вторая рабочая модель объясняет искажения в размере отдельных чувствительных областей по сравнению с нормальной человеческой анатомией. Согласно сенсорной карте, у человечка, лежащего вдоль сенсорного кортекса, огромное лицо и губы, руки и пальцы, причем большие пальцы гигантского размера, и непомерно огромные половые органы. Чем это объяснить? Для ответа мы можем взглянуть на эти укрупненные области кортикальной карты. В детстве, когда я болел, мама бережно проверяла у меня температуру, касаясь губами моего лба. Это вполне разумно, ведь человеческие губы очень восприимчивы; на них находятся бесчисленные, плотно расположенные чувствительные рецепторы. Подобным же образом нейроны, чувствительные к прикосновениям, на кончике указательного пальца в 15 раз плотнее, чем сенсорно-тактильные рецепторы на ноге. И огромное число чувствительных рецепторов имеется на человеческих гениталиях.

В ходе эволюции высокая чувствительность губ, языка, рук и половых органов играла важнейшую роль в поддержании жизни нашего вида.

Поэтому самым чувствительным рецепторам, расположенным в этих частях тела, отводилась в мозге дополнительная площадь. Объем кортикальных тканей отражает не размер части тела, а ее чувствительность. Проще говоря, более обширные области сенсорного кортекса относятся к наиболее чувствительным частям тела. В результате части тела гомункулуса располагаются в иерархическом порядке, прямо пропорциональном тому, насколько восприимчива каждая зона к ощущениям и как часто она используется.

Этот же принцип верен и в отношении других млекопитающих. У кошек сенсорный кортекс распределен не так, как у людей. У представителей семейства кошачьих наибольшая кортикальная зона отвечает за нос и усы, поскольку эти органы связаны с первичным получением информации. Так что кошка, исследующая мир в основном через нос и усы, тоже имеет своего «котункулуса» – карту соматосенсорного кортекса.

Таким образом, части человеческого тела, имеющие наиболее плотное расположение сенсорных нервов, занимают большую площадь на соматосенсорном кортексе. Вот поэтому на сенсорном кортексе относительно большая область отведена губам, нежели спине, и пальцам руки, чем целой ноге. Так что вы можете лучше настроить мозг на ощущения с помощью губ и пальцев, чем других частей тела.

Здесь, опять же, мы видим яркое проявление того, почему для нас, людей, такое значение имеет сексуальность. Область гениталий на карте сенсорного кортекса больше, чем область груди, живота, спины, плеч и рук вместе взятых. Природа в буквальном смысле подталкивает нас к размножению, делая все возможное для продолжения нашего вида. Интересно отметить, что, когда эпилептические приступы возникают в этих областях сенсорного кортекса, им обычно предшествуют интенсивные сексуальные ощущения.

Что важнее всего помнить на данном этапе – это что все телесные ощущения размечены на сенсорном кортексе, особенно в соматосенсорных зонах теменных долей.

Височные доли. Височные доли находятся непосредственно под поверхностью и чуть выше ушей. Они отвечают за слуховое восприятие, то есть за обработку того, что мы слышим – звуков всевозможных типов. Похоже, внутри этих долей находятся тысячи колоний нейронов. Поскольку то, что мы слышим, так тонко увязано с языком, мы будем определять язык как серию особых звуков, которые издаются с целью намеренной коммуникации, а затем всеобъемлюще понимаются. Другими словами, в ваши уши поступает поток беспрерывных звуков, несущих намерение или значение, что называется языком.

Барабанная перепонка вибрирует в результате ударяющих в нее звуковых волн, что вызывает электрические сигналы, направляющиеся по слуховому нерву в различные отделы височных долей. Височные доли занимаются распознаванием языка, то есть декодированием, наделяющим звук смыслом. Такое свойство главным образом приписывается разнообразным областям в левой части неокортекса, если только мы не заучиваем новое слово или звук, потому что в этом случае за дело берется правая височная доля.

В слуховом кортексе имеются скопления нейронов, занимающиеся каждой отдельной фонемой, то есть минимальной звуковой единицей, используемой нами в целях языковой интерпретации. Например, когда мы слышим звуки баа, муу или су, различные модули, или зоны внутри слухового комплекса принимаются за обработку этих специализированных звуков. По мере развития младенца различные звуки, слышимые им, сохраняются в виде географически размеченных паттернов, готовых к использованию в качестве языка. Мозг младенца также занят упрощением необязательных синаптических связей по ходу извлечения значений из звуков в своем окружении.

Наш мозг недостаточно линеен, чтобы мы, услышав серию звуков, немедленно поняли, что они сообщают. Примечательно, что, по мере того как электрические сигналы от барабанной перепонки активируют множество скоплений нейронов в височных долях, их комбинация и последовательность, а также расположение нервных цепей позволяют нам извлекать значение из слуховых раздражителей. Сотни скоплений нейронов внутри особых зон височных долей занимаются этим, пока мы слушаем музыку, смотрим телевизор, беседуем за ужином и даже когда разговариваем сами с собой, вслух или про себя.

Височные доли участвуют в хранении воспоминаний и отвечают за долговременную память. Как мы знаем, это происходит в гиппокампе. При травме обеих височных долей с гиппокампом невозможно образовывать новые воспоминания. Ученые, проводящие эксперименты на височных долях с использованием электрических раздражителей низкого напряжения, сообщают, что их подопытные переживают немедленные ощущения déjà vu (таинственное ощущение узнавания и припоминания), jamais vu (чувство, что знакомый человек или место вам незнакомы), повышенные спонтанные эмоции и/или странные спиритуалистические видения или озарения.

В височных долях имеется центр визуальных ассоциаций, связывающий увиденное нами с нашими эмоциями и воспоминаниями. Это склад множества визуальных эмоциональных воспоминаний. Как только мы видим что-то во внешнем мире, это обрабатывается в области ассоциаций: сопоставляется с нашими воспоминаниями и ощущениями в эмоциональном плане. Височные доли обрабатывают зрительные символы, соотнося их с соответствующими ощущениями.

В экспериментах, когда электрически стимулируют эту область височных долей, испытуемые сообщают об отчетливых зрительных образах, неотличимых от реальных. Мы используем эту базу данных, хранящуюся в височных долях, когда проводим ассоциации между уже известным и новым. Височные доли помогают нам узнавать стимулы, которые мы уже испытывали.

Например, представим, я вам сказал, что особый тип белых кровяных телец преследует и атакует неизвестных агентов, а затем поглощает их словно маленький Пакмен (если вы помните такую старую видеоигру из 1980-х). Центр визуальных ассоциаций в ваших височных долях поднимет зрительную память о видеоигре Пакмен, чтобы вы могли идентифицировать это новое понятие с тем, что уже хранится у вас в мозге в виде воспоминаний. У вас в сознании пронесутся образы маленьких вечно жующих пакменчиков, чтобы затем собраться воедино и помочь вам понять новую идею о белых кровяных тельцах. Большинство из миллионов усвоенных ассоциаций хранятся в коре височных долей, чтобы активироваться по необходимости.

Таким образом, височные доли отвечают за язык, обработку звуков, понятийное мышление и ассоциативные воспоминания. В височных долях хранится большая часть усвоенных нами сведений и пережитого опыта относительно людей, мест, вещей, времени и прошлых событий в форме воспоминаний. Мы можем проводить ассоциации с тем, что слышим, видим, чувствуем, ощущаем на вкус и запах – и в этом нам помогают височные доли.

Затылочные доли. Затылочные доли – это зрительные центры. Зрительная кора, как еще называют эту область, имеет шесть отчетливых областей, обрабатывающих данные из внешнего мира, чтобы у нас было когерентное, то есть согласованное зрение. Такая усложненность имеет причину, поскольку зрение – это чувство, на которое человек полагается сильнее всего в этом мире.

Если бы мы начали с самой задней части в затылочной доле и разрезали ее ножом шесть раз до височной доли, как краюху хлеба, это дало бы нам хорошее представление о том, как организована зрительная кора. Эти области функционально разделены для обработки различной чувствительной информации. Шесть отчетливых слоев, предназначенных для интерпретации света, движения, формы, глубины и цвета.

Первичная зрительная кора (V1) – это первый слой, расположенный в самой задней части мозга. Эта область зрительной коры получает информацию, которую видят наши глаза, и мы ее сознательно воспринимаем. В V1 нервные клетки распределены для обработки различных частей цельной картины. При повреждении малой части V1 у нас возникает слепое пятно: нерабочие нейроны не могут обработать свою часть картины. Когда эта область повреждена полностью, нормальное зрение, каким мы его знаем, теряется. Поразительно, что в экспериментах люди со слепотой в области V1 воспринимали движение, а также форму объектов.

Для обработки движений предназначена совершенно другая зона коры (V5). Ее нервные клетки не различают статичные объекты; они стимулируются только при движении объекта через зрительное поле. Эти клетки были обнаружены, когда выяснилось, что слепые люди могут видеть движения. Первые испытуемые, показавшие способность воспринимать движение, не видя самих объектов, были солдатами времен Второй мировой войны. Некоторые солдаты, потерявшие зрение из-за боевых травм, могли, тем не менее, уворачиваться от гранат. Этот феномен был назван слепозрением¹⁵.

За прочие аспекты зрения отвечают остальные отчетливо выделяемые зоны зрительной коры. Некоторые скопления нейронов воспринимают только цвет. Обобщенные формы и границы воспринимаются одной областью, тогда как специальные формы и очертания (такие как форма руки) узнаются другой нейронной областью. И опять же, различные нервные клетки отвечают за восприятие глубины и пространства.

Поступая от глаз в затылочную долю, зрительная информация обрабатывается в каскаде нервных реакций, переходя через шесть областей. Вот почему слепозрячий человек все же может интерпретировать реальность через свое зрительное поле. Информация, достигающая первичной зрительной коры, направляется в ближайшие области, активируемые для дальнейшей обработки. Так что, несмотря на то что такой человек не может видеть объект сознательно, он может воспринимать его движение, форму, направление и другие аспекты.

Когда все зрительные стимулы интегрируются воедино, появляется голографическая картина того, что мы видим.

Как это происходит? Чувствительная информация проходит через все слои специализированных нейронов, извлекающих значение из света, движения, очертаний, формы, глубины, цвета, и создается целостная картина. Затем этот образ направляется в соответствующие области височных долей, которые вместе со зрительной корой участвуют в извлечении смысла из входящих данных.

Лобные доли. Если вас спросят: «Где у вас, как сознательного существа, образуются мысли и мечты, происходит фокусировка и концентрация внимания?», вы, скорее всего, укажете пальцем на лоб, прямо над переносицей – на лобную долю.

Лобная доля – это вместилище сознательного внимания. Когда мы наиболее сознательны и внимательны, наша лобная доля пребывает на пределе активности. И хотя зрительная кора, височные и теменные доли помогают в создании картины, понятия или идеи, именно лобная доля целенаправленно удерживает идею в нашем уме, заставляя ее оставаться в поле нашего внутреннего зрения продолжительное время.

В лобной доле также зарождается самосознание. Наиболее высокоразвитая область мозга, это место, где наше «я» может проявить себя. Благодаря лобной доле, мы переступаем через устаревший взгляд, согласно которому человеческое существо – это всего лишь побочный продукт аккумулированного чувственного восприятия. Вместо этого лобная доля позволяет нам обратиться к эмоциям и найти в них смысл. Префронтальная кора – это лаборатория, в которой мы складываем воедино мысли и ассоциации, чтобы вывести новое значение на основании того, что мы усвоили.

Лобная доля дает нам привилегию находить смысл во внешнем мире.

Свободная воля – вот ключевое слово для описания лобной доли. Вместилище нашей свободной воли и волеизъявления, лобная доля позволяет нам выбирать каждую мысль и действие и тем самым контролировать судьбу. Когда эта доля активна, мы фокусируемся на своих желаниях, порождаем идеи, принимаем решения, составляем планы, осуществляем сознательную последовательность действий и управляем своим поведением. Развитие лобной доли наделило нас сфокусированным, намеренным, созидательным, волевым, решительным, целенаправленным разумом – только бы мы применяли его.

Лобные доли делятся на зоны, отвечающие за мириады связанных функций. Задняя часть лобных долей является вместилищем моторного кортекса – слоя кортикальной ткани прямо напротив сенсорного кортекса. Моторный и сенсорный кортексы служат разделительной линией между теменной и лобной долями. Если вернуться к рис. 4.5, можно увидеть разделение между двумя кортикальными областями, отмеченное сенсорным и моторным кортексами. (Иногда упоминают сенсорно-моторный кортекс как единую область неокортекса; однако для упрощения я обсуждаю их отдельно.)

Моторный кортекс активирует все соматические мышцы и участвует во всех наших произвольных движениях. Мы активируем моторный кортекс, когда нам нужно совершить намеренное действие и проконтролировать целенаправленные движения.

Подобно сенсорному кортексу, моторный кортекс подразделяется на определенные области, и его неврологическая карта отображает весьма диспропорционального гомункулуса. У этого гомункулуса лицо, руки, туловище, ноги находятся в несоразмерном расположении, вне всякой согласованности с нормальной человеческой анатомией. На рис. 4.6 показаны зоны моторного кортекса, распределенные в соответствии с частями тела. Размеры зон соответствуют функциям, почти как и в сенсорном кортексе.

В моторном кортексе, например, площадь, предназначенная для движения кисти руки, огромна в сравнении с площадью, отведенной для движения шеи. Вообще-то зоны кисти и пальцев занимают больше места в моторном кортексе, чем области запястья, локтя, плеча, бедра и колена вместе взятые. В чем причина? Мы используем пальцы чаще, поскольку их специализированная структура позволяет нам быть более функциональными в нашем окружении. Мозг отводит максимальные области для управления значительными моторными потребностями, присущими нашим кистям.

Лобная доля также простирается назад вплоть до височных долей, где зарождается намеренная речь в языковых центрах. Таким образом, она по существу связана с произвольной речевой артикуляцией.

Прямо напротив моторного кортекса расположена область под названием премоторный кортекс, или дополнительная моторная область (ДМО), отвечающая за мысленную проработку намеренных действий – перед тем как они совершатся в действительности. Это центр планирования наших будущих действий.

Префронтальный кортекс – это кортикальная область, отвечающая за сознание и осознавание. Она наиболее активна в период работы сознания, намеренной концентрации. Именно она ответственна за нашу подлинную уникальность как человеческих существ.

Эта область позволяет нам преодолевать такие паттерны, как стимул-ответ, акция-реакция, причина-эффект, которыми мы бессознательно пользуемся день за днем. Например, все автоматические, повторяющиеся программы, которые прочно закрепились в мозге, такие как чистка зубов, вождение транспорта, набор знакомых телефонных номеров, расчесывание волос и т. д., не представляют интереса для префронтального кортекса. Эти предсказуемые, повторяющиеся действия, исходящие из того, что мы постоянно видим, слышим, обоняем, ощущаем на вкус и чувствуем кожей, вполне могут выполняться без привлечения префронтального кортекса.