Глава вторая
Нейросетевая структура мозга
Не психология должна помогать физиологии больших полушарий, а наоборот – физиологическое изучение этого органа у животных должно лечь в основание точного научного анализа субъективного мира человека.
Иван Петрович Павлов
Современные исследования показывают, что кора головного мозга – это шестислойное серверное полотно общей площадью от 1200 до 2200 см˛. Так что размер примерно равен шейному платку, смятому извилинами в пространстве черепа. Толщина коры колеблется от 2 до 4 мм, а основной объём полушарий нашего мозга – это не тела «серых клеточек» (серое вещество), а их отростки, тянущиеся в разные стороны, – так называемое «белое вещество мозга» (см. рис. 21).
Нейроны общаются друг с другом с помощью отростков, на поверхности которых находятся специальные образования – синапсы (в среднем по 10 тысяч синапсов на один нейрон), их в мозге триллионы. С помощью синапсов нейроны обмениваются электрическим зарядом посредством, по сути, химической реакции с использованием нейромедиаторов.
Рис. 21. Белое и серое вещества мозга
Благодаря такому устройству механизма передачи импульс напряжения нейрона не растекается бесконтрольно, а передаётся отдельными импульсами – разрядами. Важно, что количество нейромедиаторов является для нейрона критерием активности, которую он передаёт, а выделение большого количества соответствующих нейромедиаторов способствует своего рода кумулятивному эффекту – вовлечению в решение данной задачи ещё большего количества нейронов.
Возникающий синхронный ритм разрядов групп нейронов, создающий специфические ЭЭГ-волны (альфа, бета, тета, дельта, гамма), является эффективным инструментом коллективной работы нейронов – они таким образом подзаводят друг друга и настраиваются на одну волну функционирования. Это может показаться странным – зачем волны напряжения постоянно прокатываются по нашему мозгу от задних отделов к передним?
Судя по всему, когда нейроны колеблются в одном ритме, они усиливают сигнал и позволяют передавать его на большие расстояния. Мозг получает возможность эффективно объединять информацию от различных областей и создавать целостную систему реагирования. Можно сравнить это с оркестром, где каждый инструмент – отдел мозга – играет свою партию, а их гармония словно бы управляется невидимым дирижёром общего ритма. Лучше всего изучены:
⮞ альфа-ритм (8–13 Гц), обеспечивающий эффект спокойного бодрствования;
⮞ бета-ритм (14–30 Гц), который связан с активным бодрствованием и концентрацией внимания;
⮞ тета-ритм (4–7 Гц) состояния сонливости, а также возникающий во время медитации и при гипнозе;
⮞ дельта-ритм (менее 4 Гц), характерный для глубокого медленноволнового сна.
Ритмическая активность мозга важна для кодирования информации. Например, быстрая бета-активность обеспечивает сознательную активность, в то время как более медленные тета-ритмы связаны с процессами консолидации памяти. Благодаря общему ритму разные области мозга колеблются синхронно и становятся более восприимчивыми к сигналам друг друга, что позволяет координировать их совместную работу.
Впрочем, есть в этом некий парадокс… Если, глядя на кору, мы видим отдельные области, ответственные за разные функции – зрение, двигательную активность, речевые центры, память и социальные отношения, – то что это за электрические волны, которые так уверенно на своей частоте прокатываются сразу по всей поверхности от задних отделов мозга к передним, волна за волной?
То есть мы вроде бы видим некие центры в коре головного мозга, причём у каждого из которых свои задачи, но при этом активность коры подчиняется какому-то ритму, и не частями, а сразу вся… Что мы упускаем?
Мы упускаем сетевую структуру. Исправим это досадное недоразумение.
§ 2.1. Модульная организация
Может ли мозг понять мозг? Может ли он понять разум? Это гигантский компьютер, или какой‐то другой гигантский аппарат, или что‐то ещё?
Дэвид Хьюбел
Долгое время, рассказывая о мозге, учёные описывали лишь отдельные его анатомические образования: это миндалевидное тело, отвечающее за страх и агрессию; это зрительная область, отвечающая за зрение; здесь располагаются центры речи, отвечающие за понимание речи и генерацию высказываний, и т. д.
Но теперь о мозге и, в частности, его коре говорят совсем иначе. Это объясняется настоящей революцией, которую произвели в науке о мозге новые методы его исследования – функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), диффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография (ДТ МРТ) и др.
Ещё совсем недавно изучать мозг можно было либо у мёртвых, препарируя его на анатомическом столике, либо во время нейрохирургических операций, когда, прямо скажем, особо не до науки – выжил бы пациент, и то хорошо. А также использовался метод электроэнцефалографии (ЭЭГ), который позволяет снимать показатели электрической активности с поверхности головы, но у этого метода достаточно ограниченные возможности.
С появлением магнитно-резонансной томографии мы получили возможность заглянуть в живой, работающий мозг. Теперь мы даже можем давать ему специальные задания, а затем следить за тем, что в нём происходит при их выполнении. В результате мы выяснили, что работа мозга определяется не столько отдельными анатомическими образованиями, сколько многообразием нейронных сетей, которые связывают в мозге буквально всё со всем.
Разумеется, существование нейронных сетей в мозге уже давно не было секретом, но прежде это была лишь теория, а теперь мы знаем, что это за сети, как они организованы и за что отвечают. При этом важно иметь в виду, что кора головного мозга устроена куда сложнее, чем может показаться на первый взгляд (см. рис. 22).
Мы уже говорили о кортикальных колонках В. Маунткасла, которые представляют собой своего рода сборные модули разной величины: микроколонки, в которых насчитывается порядка 80–120 нейронов, те, в свою очередь, собраны в более массивные гиперколонки – по 50–100 микроколонок в каждой.
Рис. 22. ЗD-реконструкция пяти кортикальных колонок соматосенсорной коры головного мозга крысы
Нейроны внутри каждой колонки реагируют на один и тот же тип стимулов и связаны между собой через вертикальные связи, которые обеспечивают интеграцию и обработку информации, поступающей данной колонке «на входе».
Каждый из шести слоёв имеет свою функцию и связан с определёнными структурами – так, например, четвёртый слой колонок принимает входящую сенсорную информацию от таламуса, а пятый слой, напротив, посылает нисходящие команды к подкорковым структурам (рис. 23).
Гиперколонки, в свою очередь, образуют большие кортикальные модули (площадью 200–300 мкм), а уже из них складываются функциональные центры, которые по традиции называются полями Бродмана – раньше их насчитывали чуть больше 50, но детализация продолжается. Сейчас нейроучёные выделяют до 500 таких функциональных полей (рис. 24).
Рис. 23. Схема организации микроколонки
Рис. 24. Трёхмерное изображение полей Бродмана
Однако, кроме вертикальных нейронных связей – внутри самих колонок и с нижележащими структурами, – в коре есть также и горизонтальные отношения между колонками. Эти связи образуют своего рода «подложку», через которую колонки из разных областей общаются друг с другом.
⮞ Короткие связи между колонками выполняют модулирующую функцию – усиливают или подавляют активность близлежащих колонок.
⮞ Длинные связи обеспечивают ассоциирование разных типов информации – например, кортикальный модуль, который обрабатывает информацию от кожных рецепторов пальца, должен иметь связи с кортикальными модулями, которые работают со зрительной информацией (в отсутствии этих связей вы бы, например, не смогли водить пальцем по строкам этой книги).
Кортикальные колонки образуют поля на поверхности мозга, а длинные связи между ними создают внутренние, сетевые поля мозга. На высшем уровне сетевой организации – это уже хорошо известные нам крупномасштабные сети мозга, необходимые для выполнения сложных задач. Прежде мы уже упоминали три базовые нейронные сети – сеть выявления значимости (СВЗ), центральную исполнительную сеть (ЦИС) и дефолт-систему мозга (ДСМ). Однако во множестве исследований вы найдёте и описание десятков других крупных нейронных сетей (рис. 25).
Рис. 25. Система шести крупномасштабных нейронных сетей
Самым длинным нейроном в организме человека считается клетка, расположенная в стволе мозга и тянущая свой аксон до большого пальца ноги (его длина в среднем порядка 90 см). Но и в головном мозге нейроны способны протягивать свои отростки на десятки сантиметров, объединяя самые отдалённые области коры (рис. 26).
Рис. 26. Связность отделов ДСМ (розовый цвет): в центре изображения – внешняя и внутренняя области полушарий, буквенные обозначения – ключевые узлы сети, а окружающие изображения демонстрируют связь этих узлов с другими регионами мозга
Таким образом, главный принцип организации мозга – сетевой. По этому принципу строятся как системные связи мозга, так и региональные сетевые структуры, а ключевыми являются крупномасштабные нейронные сети. В процессе развития мозга в нём одновременно формируются миллионы путей – от микроскопических связей между соседними нейронами до масштабных трактов, соединяющих отдалённые области (рис. 27).
Рис. 27. Карта анатомической связности различных отделов мозга (слева), карта функциональной связности (справа)
Для наглядности представим эту систему как глобальную транспортную сеть.
⮞ Локальные нейронные связи внутри отдельных областей коры – это просёлочные дороги, обслуживающие узкие, специализированные функции (распознавание черт лица, обработка отдельных эмоциональных оттенков).
⮞ Связи между соседними кортикальными областями подобны региональным шоссе, обеспечивающим интеграцию различных аспектов опыта – соединение образа со звуком, эмоции с телесным ощущением.
⮞ Длинные кортикальные пути напоминают скоростные магистрали, передающие информацию между функционально различными зонами мозга – например, от эмоциональных центров к рациональной префронтальной коре.
⮞ Наконец, крупномасштабные нейронные сети подобны международным воздушным коридорам, позволяющим поддерживать целостность нашего «я», планировать будущее, понимать других людей.
Эта сетевая архитектура получила фундаментальное подтверждение в современных нейронаучных исследованиях.
⮞ Работы Альваро Паскуаля-Леоне показывают, что различные интервенции, связанные с обучением и психотерапевтическими вмешательствами, вызывают измеримые изменения в кортикальных картах за счёт реорганизации горизонтальных связей между колонками.
⮞ Исследования Руф Ланиус, Бессела ван дер Колка и их коллег показали, что психологические травмы нарушают нормальную интеграцию между соматосенсорной и префронтальной корой, объясняя диссоциативные феномены.
⮞ Иссследования Иветт И. Шелин, Джозефа Л. Прайса и др. выявили, что депрессивные состояния характеризуются нарушением баланса в обмене информацией между модулями орбитофронтальной и дорсолатеральной коры.
Таким образом, депрессия может пониматься как своего рода «транспортные заторы» в сетях, связывающих префронтальную кору с областями вознаграждения. Тревожные расстройства могут характеризоваться как «перегрузка магистралей» между миндалиной и префронтальной корой, а хронический стресс «разрушает дорожное полотно» ключевых путей, что проявляется в когнитивных нарушениях и истощении.
Понимание модульно-сетевой организации мозга радикально меняет наш подход к психотерапии. Вместо «починки» отдельного симптома мы стремимся к восстановлению оптимального функционирования всей системы в целом. Это объясняет эффективность разных терапевтических подходов:
⮞ телесно-ориентированная терапия может оказать влияние на когнитивные процессы (через связи между соматосенсорными и префронтальными модулями);
⮞ ДПДГ (десенсибилизация и переработка движением глаз) может восстанавливать нормальный поток информации по ключевым магистралям;
⮞ ассоциативные методы работы (от свободных ассоциаций в психоанализе до работы с метафорами в современных подходах) могут активировать связанные, но не очевидные для клиента контуры;
⮞ даже феномен переноса, столь важный в динамической психотерапии, находит своё нейрофизиологическое объяснение в способности одного модуля активировать другие через установленные ранее связи.
Это также объясняет, почему клиенты редко приходят с изолированными симптомами – чаще мы наблюдаем «созвездия» взаимосвязанных проблем, почему эффективная психотерапия и требует времени – ведь масштабная реконструкция нейронной сети не может произойти за один день.
И хотя отдельные модули образуют основу функциональной специализации мозга, по-настоящему эффективная интеграция различных аспектов опыта происходит благодаря особым узловым структурам – нейронным хабам, которые объединяют множество модулей в слаженную систему. Именно эти ключевые узлы нейронной сети будут предметом нашего дальнейшего рассмотрения.
Психотерапевт, понимающий модульную организацию мозга, видит свою задачу не в «исправлении» отдельного симптома, а в содействии реорганизации и оптимизации связей между различными модулями коры. Такой подход позволяет работать на системном уровне, вызывая каскадные изменения, которые распространяются через всю сеть связанных модулей.
