Структура мозга

На первый взгляд человеческий мозг кажется аморфным, лишенным какого-либо особого строения. Тем не менее, внимательный осмотр выявляет, что архитектура неокортекса четко организована и состоит из складок, петель, валиков и впадин, поразительно последовательных у каждого человеческого существа. Эти структурные области, или территории мозгового вещества, отвечают за те же самые частные функции и модели поведения у всех людей. Как уже обсуждалось в главе 4, слух, зрение, вкус, движения, тактильные ощущения и даже музыкальные предпочтения, в числе прочего, заранее закреплены за конкретными, идентичными областями, размеченными в долях неокортекса у каждого человеческого существа. Отметим также, что этот закон применим и к остальной части мозга. Средний и рептильный мозг, включая мозжечок, поразительно схожи у разных людей.

Нам, как человеческим существам, свойственно нечто общее в поведении, отправлении основных функций, мышлении, общении, движениях и даже в обработке данных от органов чувств, получаемых из внешней среды. И вот каков вывод: поскольку все мы неврологически, биологически и структурно имеем общую анатомию, мы обладаем и относительно схожими характеристиками, общими для всех человеческих существ.

Уже в 1829 году ученые предпринимали попытки соотнести конкретные области мозга с функциональными способностями. Их первоначальные усилия были направлены на анализ бесчисленных выступов на поверхности черепа. Они проводили связи между отдельными выпуклостями и некоторыми врожденными побуждениями или когнитивными способностями людей, давая названия размечаемым областям в соответствии с особыми свойствами психики, как, например, орган удовлетворения или орган агрессивности. Если некий выступ на поверхности черепа был больше у одного индивида, чем у других, исследователи заключали, что в том месте имеется больше мозговой ткани. Согласно этой модели, каждый индивид имеет свою собственную уникальную карту мозга.

Эта архаичная система картографии мозга, основанная Францем Галлем, получила название френологии. На рис. 5.1 показана человеческая голова, размеченная на множество областей, представляющая собой пример тех ранних попыток структуризации мозга.

Рис. 5.1. Схематическое деление головы, согласно френологии, демонстрирующее архаичные попытки распределить отделы мозга по индивидуальным свойствам личности, основываясь на выпуклостях черепа

По милости Божьей френология была быстро опровергнута. Вместо этого европейские университеты начали изучать функционирующий мозг, проводя разнообразные эксперименты на животных, а также применяя электроды с низким напряжением к различным областям живого человеческого мозга. Неврологи быстро ушли вперед от модели Галля в соотнесении различных областей мозга с определенными функциями.

Примерно в то же время французский невролог Поль Пьер Брока занимался изучением мозга умерших людей, страдавших при жизни определенным расстройством речи. Он представил как минимум восемь подобных случаев в научном сообществе, отмечая те же самые, повторяющиеся повреждения одной и той же области левой лобной доли. С тех пор эта область называется областью Брока. В то время зарождалась подлинная наука, хотя ее еще пытались определять как более продвинутую форму френологии. Но это было не так.

Мы можем характеризовать эти области и подобласти нового мозга как размеченные, предварительно заданные анатомические модули, или отделы. Давайте пройдемся от самого крупного к самому малому, чтобы вам стал понятен переход от долговременных к кратковременным свойствам нового мозга. Большие полушария подразделяются на доли; доли подразделяются на области или зоны; далее области размечаются на подобласти, называемые отделами или модулями; а отделы состоят из отдельных колонн нервных сетей. По мере нашего продвижения к самым малым уровням мы приближаемся к индивидуальности.

Прежде всего, почему мозг так организован? Для чего эти подобласти и отделы? По мере развития нашего вида в течение миллионов лет через разнообразный опыт определенные универсальные, долговременные способности, подтверждавшие свою пользу для выживания, кодировались в мозговой коре в нервных сетях. Эти сообщества нейронов назначались для выполнения особых функций, общих для всех человеческих существ. Таким образом, различные части неокортекса специализировались для выполнения умственных, когнитивных, чувствительных и моторных функций. У всех нас бесчисленные виды сенсорной информации, поступающей из внешней среды, обрабатываются в относительно тех же специализированных нервных участках. В течение тысячелетий эти нейронные паттерны передавались на генетическом уровне от поколения к поколению. Подобласти и отделы мозговой коры – изначально размеченные участки, служащие общей платформой для человеческого опыта и стартовой площадкой для нашей личностной эволюции.

В этом отношении люди приспособлены к знакомым стимулам из внешней среды, которые мы, как вид, получаем на протяжении уже миллионов лет. Мы были приспособлены к обработке определенной информации в особых отделах неокортекса, чтобы каждое новое поколение нашего развивающегося вида могло испытывать то, что уже было усвоено, заложено и закодировано в наших синапсах и, наконец, проявлено в нашей генетической экспрессии. Это объясняет, почему сенсорные и моторные гомункулусы существуют в виде предварительно размеченных областей, относящихся к нашим настоящим способностям. И по этой же причине наша слуховая кора может обрабатывать каждую фонему, а зрительная – свет, цвет, движение и пр.

У разных людей даже индивидуальные отделы, расположенные в различных парцеллах полезной площади, поразительно схожи. Отделы, как мы теперь знаем, это специализированные собрания нервных сетей. Они одновременно универсальны и индивидуальны. Что универсально в модулях – это то, что мы все от природы имеем почти одни и те же области мозговой коры, размеченные в виде центров обработки данных. А индивидуально в них то, насколько хорошо мы, как различные личности, можем обрабатывать, оптимизировать и модифицировать сгруппированную информацию в модульных секторах неокортекса по сравнению с другими людьми.

Исходная концепция структуризации утверждала, что эти индивидуальные области в пределах долей неокортекса имеют четкие границы и практически не взаимодействуют с другими отделами, не важно, насколько близко они расположены. Считалось, что каждый отдел действует, выражаясь фигурально, как частная неврологическая собственность. Теперь такие взгляды устарели.

Неврологические области в высокой степени интерактивны и взаимосвязаны, не жестко зафиксированы, как считалось раньше, поскольку по самой своей природе нервные клетки в состоянии соединяться и отделяться от других нейронов. Поскольку нейроны и нервные сети модифицируют свою географию, подобласти мозговой коры включают как фиксированные, так и переменные модульные зоны. Что же заставляет модуль изменять свои географические границы? Податливость этих зон зависит, по большей части, от нашей способности к обучению и направленному вниманию.

Имеются и другие недостатки идеи жесткой модульной структуризации. Мозг – это в высшей степени интерактивный орган. Принимая во внимание то, что нам известно на сегодня о синаптической пластичности нейронов, их способность к реорганизации весьма примечательна. Также мозг не так линеен, чтобы повреждение одной области не повлияло на другие. Когда на сцинтиграмме мозга наблюдается повреждение особых модулей нервных цепей, соседние модули производят схожие, но не идентичные когнитивные искажения. Это дает еще одно свидетельство в пользу того, что модули действуют не как четко определенные отдельные блоки, а как непрерывные, взаимосвязанные элементы в пределах коры головного мозга.

У нормальных здоровых людей мыслительный процесс не происходит в раздельных сегментах. Нам свойственны плавные, взаимосвязанные переходы от одной мысли или когнитивной функции к следующей, что отражает непрерывное движение неврологической активности мозговой коры. Представьте, что вы берете за край простыню, свободно лежащую на кровати, и встряхиваете ее, вызывая трехмерную волну, движущуюся от точки распространения. Эта модель лучше объясняет происходящее в новом мозге.

Импульсы нервных клеток сходятся и расходятся. Когда они расходятся, они распространяются вовне, используя индивидуальные модули как среду, повышающую их активность и позволяющую им охватывать более существенные территории. Поскольку нервные клетки имеют ответвления, способные сообщаться параллельно с бесчисленными другими нервными клетками, множество модулей могут быть активированы одновременно. Представьте каскад мигающих электрических паттернов, распространяющихся в трехмерном пространстве.

Структуризация описывает, как организован мозг, но модульная концепция может быть не совсем верна. Модули, разумеется, существуют как отчетливые блоки внутри неокортекса; определенные умственные и физические функции закреплены за отдельными нервными цепями внутри подобластей мозга. Однако эти подобласти и модули используются как индивидуальные элементы, участвующие в цельном потоке сознания. Мышление не структурировано; это относительно плавный и непрерывный процесс.

Мысль можно связать с концепцией модулей, действующих в унисон.

Теперь мы можем достичь лучшего понимания взаимосвязи обучения и когнитивной обработки информации. Через обучение и усвоение жизненного опыта мы повышаем интеграцию связей между нервными клетками, и такие улучшенные синаптические паттерны способны обеспечивать более значительный и разнообразный мыслительный процесс. Кодирование новых знаний и опыта в синаптических связях нашего мозга подобно модернизации аппаратного обеспечения компьютера – не считая того, что отдельные человеческие существа уникальны в том, как они обрабатывают когнитивную информацию.

К примеру, я нахожусь в Японии, когда пишу эту главу. Я уверен, что, если бы мы исследовали, как мой мозг обрабатывает информацию, основываясь на том, чему я учился в течение жизни, работа моего мозга отличалась бы от паттернов неврологической деятельности типичного японца, который пишет иероглифами, читает тексты слева направо и сверху вниз и обычно владеет больше чем одним языком. То же было бы верно, если бы такой человек и я имели схожую травму мозга, повредившую те же модули мозговой коры. Я зажигаю неврологические паттерны в моем мыслящем мозге в своей уникальной манере. Так что этот процесс всегда отличается от подобного процесса у других людей.

Неопределенность возникла после того, как ученые разметили подобласти на сенсорный, моторный, слуховой и зрительный кортексы со всеми сопутствующими функциями. Эта географическая модель не давала указания на то, где расположены наши высшие способности и навыки. Где анализируются сложные математические уравнения? Где обрабатываются нелинейные абстракции неформальной логики? Какая область отвечает за божественное вдохновение? Какова неврологическая база для сложных интеллектуальных или умственных навыков? Где именно существует индивидуальность? Как мы обучаемся?

Возможно, ответы на эти вопросы способно дать не исследование деятельности долей мозга по отдельности, вне зависимости друг от друга, а целостное понимание, при котором подобласти нервных сетей координируются между собой для выработки различных уровней разума. Ключ к пониманию, как различные области мозга работают вместе для производства разума, в том, чтобы воспринимать их как инструменты симфонического оркестра, а не сами по себе.

Теперь нам нужно расширить определение нервной сети. Нервная сеть может также охватывать множество различных отделов и подобластей по всему мозгу, зажигающихся в унисон, чтобы выработать определенный уровень разума. Правда такова, что сумма частей составляет больше, чем целое.