Деятельность мозга в свете нейронаук и когнитивных наук.

Человек – венец природы. Из всех живых существ человек остается самым сложным образованием. В каждом из нас существует система из 100 триллионов клеток. В человеческом организме удивительно согласованно действует около 300 биоритмов на уровнях клеток, органов и всего тела. Эти процессы связаны с движением Солнца, Луны и Земли. Так, ритмы клеток синхронизованы с суточными ритмами «день - ночь». Ученые проверили положение древнекитайской медицины о том, что периодические фазы Луны влияют на кровь животных и человека. И действительно, оказалось, что движение Луны вызывает в двенадцати органах, включая сердце и мозг, двухчасовые приливные и отливные волны. «Прилив» соответствует максимально большому орошению крови, а «отлив» - минимуму кровотока.

2.1. Мозг и нейронауки.У всех организмов самым высшим органом является мозг. Именно он управляет действиями центральной нервной системы, все действия периферических органов суть следствия внутренних команд. Мозг хорошо защищен от внешних угроз, у высших животных и человека в этой роли выступает череп. Если изучение мозга животных имеет свои трудности, то по отношению к человеку к этому добавляются социально-этические запреты. Что же делать?

Для исследования человека его внешнего поведения недостаточно.В первой половине XX в. в научных кругах США господствовал бихевиоризм. Его идейный лидер Дж. Уотсон (1878-1958) полагал, что изучать можно только наблюдаемое поведение людей. Поскольку система «мозг - сознание» не поддается наблюдению, ее надо признать «черным ящиком», который принципиально закрыт для науки. Такая позиция сейчас выглядит анахронично. На ее несостоятельность весьма точно указал современный американский философ Дж. Сёрл, предложивший два маленьких эксперимента. Первый называется «суперспартанец». Некий человек испытывает сильную головную боль, но он очень терпелив, обладает сильной волей и внешне никаких болевых признаков не показывает. Это напоминает рассказ про одного юного спартанского воина, который стоял в строю и, хотя лисенок под одеждой рвал его тело, герой сохранил спокойствие и невозмутимость. Эксперимент «суперактер» строится иначе. Человек не испытывает никакого дискомфорта, но как искусный актер он ведет себя так, что все, кто его видит, считают, что он мучается от страшных внутренних болей. Вывод для обоих случаев один – между внешним поведением и внутренней системой «мозг–сознание» существует связь, но она не имеет простого и однозначного характера.

Естественные и парадоксальные свойства мозга.Если древнекитайские мыслители носителем разума признавали «сердце» (возможно, это – метафора), то античные натурфилософы ограничились головой человека. В V в. до н. э. Алкмеон указал на головной мозг как на орган ума. Когда европейские ученые стали анатомировать трупы, то они обнаружили кору мозга в виде серого вещества, имеющего глубину 2 – 6 мм. Поверхность мозга больше площади гладкого и ровного тела в три раза за счет множества извилин. Головной мозг имеет свои этапы роста: если в эмбрионе он подобен точке, то к девяти месяцам его масса достигает 12 % массы тела. У новорожденного объем и масса мозга составляют 25 % от параметров взрослого человека. Динамика изменений и пластичность мозга дополняются варьированием его электрической мощности. Если рассуждать здраво, то следует признать, что большая мощность соответствует бодрствованию, а меньшая – сну. Но упрямые факты дают противоположную картину: бодрствование – 20 ватт, сон – 22 ватта. Но этим странности мозга не исчерпываются.

Оценим изменения веса мозга. Его средний вес составляет 1400 г. и отклонения от него бывают весьма существенные. Но парадоксально то, что вес и размеры не влияют на творческие способности мозга. Так, английский поэт Дж. Байрон и русский писатель И. Тургенев имели мозг весом 2200 г., мозг французского писателя А. Франса весил 1000 г. Последнему явно нельзя отказать в таланте. Однако поражает то, что у одного идиота, слабоумие которого подтвердили эксперименты, вес мозга составил 2500 г. В 2004 г. на индонезийском острове Флорес обнаружили ископаемые останки существ-лилипутов (хоббитов). Их головной мозг оказался равным по весу мозгу шимпанзе. Однако «хоббиты» оставили весьма хитроумные орудия труда, что говорит об относительно высоком уровне интеллекта.

Его мозг, ее мозг.Исследования показали, что строение и активностьголовного мозга у мужчин и женщин различны. Половые гормоны действуют так, что объем и вес мозга женщин меньше, чем у мужчин. Зато зона лобной коры, отвечающая за высшие когнитивные функции, а также участки лимбической коры, участвующие в развитии эмоций у женщин крупнее, чем у мужчин. В то же время у мужчин лучше развиты части теменной коры, участвующие в восприятии пространства, и миндалина, вызывающая сердцебиение и выброс адреналина в кровь.

Для женского мозга характерна более высокая плотность нейронов в зонах височной коры, связанной с пониманием речи. В двух из шести слоев коры плотность нейронов на единицу объема ткани у женщин выше, чем у мужчин. Также разнообразятся и врожденные тенденции. Годовалые девочки больше наблюдают за мамами, чем мальчики. Тревожные расстройства чаще наблюдаются у девочек, чем у мальчиков.

Гиппокамп отвечает за память и пространственную ориентацию. У женщин он крупнее, чем у мужчин. Если мужчины определяют маршруты передвижения за счет оценки расстояний, то женщины делают это с помощью наземных ориентиров. Такое же различие существует и в животном мире (крысы и т.п.).

Испытуемым показывались фильмы со сценами насилия. Соответственно у женщин активизировалась левая миндалина, а у мужчин – правая. Была выдвинута гипотеза о том, что правое полушарие оценивает ситуацию в целом, а левое информирует о деталях ситуации. Испытуемым давали химический препарат, подавляющий активность миндалин. Мужчины хорошо вспоминали детали фильма и очень трудно воспроизводили его целостную суть. Зато у женщин все было наоборот. Гипотеза подтвердилась – у мужчин доминирует правое полушарие (миндалина), передающее эмоциональную суть ситуаций, а у женщин левое полушарие эмоционально детализирует картину. У мужчин выработка серотонина, ослабляющего тревожность, на 52 % выше, чем у женщин. Отсюда понятно, почему женщины чаще впадают в депрессивные состояния. Одинаковые дозы дофамина, вызывающие наркотическое удовольствие, сильнее действуют на женщин, чем на мужчин.

Выяснено, что орбитофронтальная кора (ОФК) регулирует эмоции, а миндалина ответственна за возникновение эмоциональных реакций. Размеры этих зон мозга значительно выше у женщин. Но если женщина болеет шизофренией, размеры данных участков резко уменьшаются. Зато у мужчин все наоборот: у шизофреников ОФТ и миндалина в размерах увеличиваются.

Некоторые авторы-женщины полагают, что до сих пор наука является уделом мужчин и нужно создавать «женскую науку». Этот проект включен в программы некоторых феминистских движений. С идеей социального равенства женщин и мужчин сейчас никто не спорит и известно, что во многих гуманитарных науках (педагогика и т. п.) женщины представлены большинством. Что касается идеи «женской» науки, то современная нейронаука, выявляя специфические различия мозга мужчин и женщин, все же подчеркивает их единство и тем самым опровергает такой проект.

Мозг человека имеет 120 специализированных зон.Во второй половине XIX в. наука дозрела до картирования функциональных полей мозга. В 1860 г. французский исследователь П. Брока, делая отливки черепов ископаемых людей, страдавших утратой речи (афазией), обнаружил речедвигательный центр в лобной доле левого полушария. В 1874 г. К. Вернике в том же полушарии установил нахождение речеслухового центра. Эффективность картирования резко выросла с открытием метода электрической стимуляции мозга металлическими электродами. В двадцатые годы ХХ в. такие опыты с животными стал делать швейцарец В. Гесс, а в сороковые годы португалец А. Мониш стал разрушать некоторые участки мозга больных психозами. В сочетании с биохимическими методами позднее было изобретено: многоканальная запись электрических и магнитных колебаний, функциональный магнитный резонанс, позитронно-эмиссионная томография. С помощью всех этих методов было установлено 120 участков мозга, выполняющих различные функции. Современная техника дала возможность нейрофизиологам наблюдать работу живого мозга, которая сопровождается световой ритмикой. Сканирование предлобных участков и зон, отвечающих за эмоции, позволило выявить их световую активность. Оказалось, что у практикующих буддистов, которые всегда находятся в ровном и хорошем настроении, соответствующие области мозга непрерывно светятся с постоянной интенсивностью.

Основным элементом нервной системы является нервная клетка – нейрон. Головной мозг состоит из триллиона (10 ¹²) нейронов и каждый из них способен вступать в 10 тыс. синаптических связей. Около 70 % генов человеческого генома (25 тыс. генов) так или иначе, задействованы в работе мозга. Такая многокомпонентная сеть обладает колоссальными информационными способностями. Их главная функция – обеспечить человеческому индивиду нормальный уровень жизнедеятельности, где здоровье является необходимым условием. Совсем недавно было выяснено, что мозг управляет гомеостазисом организма посредством иммунных синапсов. Иммунные клетки обмениваются химическими сигналами «на бегу». Это общение проводится через особые синапсы, которые развиваются от незрелого состояния к зрелому. Клеточные белки образуют упорядоченные кластеры из белковых молекул. И вот в них появляются больные клетки. Информация о них по иммунному синапсу приходит в определенную зону мозговой коры и оттуда по тому же синапсу сигнал поступает в кластер, где присутствуют «клетки-убийцы» (Т-киллеры). Последние активизируются, распознают больные клетки и их уничтожают. Многие детали еще непонятны, но наблюдения с помощью микроскопии высокого разрешения еще только начались.

Мозг обеспечивает развитие эмпирического опыта. На ранней стадии развития мозг человека использует генетическую информацию и затем настраивает свою автономную работу через взаимодействие с окружающим миром. Из внешней среды на рецепторы поступают разнообразные воздействия, они преобразуются в нервные импульсы. Здесь действует правило резонанса: между собой соединяются те сенсорные нейроны, которые возбуждаются вместе. Становление нервного сигнала до мозговой коры занимает 20 – 30 мс (миллисекунд). Затем сигнал попадает в зрительную или слуховую зону коры, после этого в височной коре происходит его сравнение с эталоном. В гиппокампе протекает «категоризация», в ходе которой когнитивные ресурсы памяти придают сигналу рациональную значимость. Это соответствует превращению нервного возбуждения в ощущение или восприятие. Последнее возвращается обратно к сенсорному входу и на этом пути осуществляется «информационный синтез» (сначала сенсорный сигнал объединяется с когнитивными образами памяти, а затем добавляется информация о мотивации – для каких потребностей нужно данное ощущение / восприятие). Возврат сигнала, обогащенного знаниями происходит за 150 мс, и он характеризуется разными терминами: «повторный вход» (Дж. Эдельман), «чувственная петля» (Н. Хамфри), но его суть едина.

Речь идет о том, что ощущение / восприятие определяет ответную поведенческую реакцию организма на внешний стимул. Главное состоит в том, что, проходя по зонам мозговой коры, чувственный сигнал обретает рациональное содержание от когнитивных запасов памяти. В итоге формируется двойственная структура единиц опыта: чувственный знак – рациональное значение. Роль долговременной памяти трудно переоценить, она хранит в себе богатую картину мира и это знание каждый раз придает актуальным сигналам, пришедшим в мозг, информационные значения, позволяющие человеку успешно ориентироваться в реальности. Современная нейрофизиология проясняет мысль немецкого писателя и ученого И. Гёте (1749 - 1832): «Если бы я не носил мир внутри себя, я был бы слепцом со здоровыми глазами ».

Особые участки мозга обеспечивают работу мысли. Одно из отличий человека от животных заключается в том, что он способен проявлять активность без влияния внешних стимулов. Исходя из чисто внутренних соображений, люди могут формулировать задачи и решать их. Такие «действия в уме» получили название «мышление». Зарубежные и российские ученые выяснили, что единой основой как эмпирического опыта, так и мышления является образование нервных связей путем согласования ритмов работы нейронных ансамблей, расположенных в разных зонах мозговой коры. Речь идет о процессах резонансной синхронизации участков нейронной сети. Все различия сводятся к разной топографии зон. Испытуемым давали задания на распознавание образов (эмпирический опыт), а также они решали задачи типа анаграмм. Ответы сообщались словами. Многоканальная запись электроэнцефалограмм, выведенная на дисплей компьютеров, дала следующие результаты. Восприятие как распознавание образов обеспечивалось активностью теменной и височной зон коры мозга, где последняя контролировала процесс внимания. К решению анаграмм имела отношение лобная кора. Если для восприятия информационный синтез протекал в центрах проекционной коры, то в мышлении синтез достигался в ассоциативной коре. На стадии вербального сообщения результатов решения анаграмм активизировалась левая височная область (зона Вернике). Обнаружилось действие разных медиаторов. Если для восприятия важно внимание, то оно регулируется ацетилхолином. Для запоминания значений слов (мышление) особо ценно действие долговременной памяти, связанной с контролем дофамина.

Левое полушарие мозга может не ведать того, что происходит в правом полушарии. Функциональная асимметрия мозговых полушарий была выяснена в XX в. Если правое формирует единицы эмпирического опыта, то мышление (речь) обеспечивается левым. В норме оба полушария взаимосвязаны и дополняют друг друга. В случаях болезненных аномалий (эпилепсия, шизофрения и т.п.) возникают возможности некоторого экспериментирования. В 1960 г. для излечения эпилептиков Р. Сперри (США) разрезал мозолистое тело, соединяющее левое и правое полушарие. Этот опыт подтвердил гипотезу функциональной асимметрии. Опыты М. Газзаниги (США) по рассечению мозга, начавшиеся в 1963 г., дали любопытные факты. Образ предмета проецировался в правое полушарие и пациент говорил (левое полушарие), что ничего не видит. Однако левой рукой, управляемой правым полушарием, он легко выбирал скрытый от взоров предмет. Эта схема опытов конкретизировалась следующими вариантами. В левое полушарие испытуемого проецировалась куриная лапка, а в правое – образ заснеженной улицы. Затем ему предъявлялись новые изображения и предлагалось задание выбрать из них те, которые связаны с первыми. Левая полусфера выбрала курицу, а правая – лопату. Когда последнее фиксировалось левым полушарием, то, удивляясь такому предмету, оно объясняло появление лопаты необходимостью расчистки курятника.

Изучение патологий работы мозга приоткрывает часть занавеса, скрывающего древнюю историю. Наследие животного мира определило у древних людей доминирование правого полушария мозга, которое способно действовать автономно и неосознанно. Такое функционирование давало мгновенные реакции, что важно для выживания. По мере развития культуры в активный оборот включилось левое полушарие, оно занялось словесным знанием, стало раскладывать действия во времени (прошлое – настоящее – будущее). Оба полушария стали обмениваться информацией, которая для каждого казалась чуждой и необычной. Если правое видело образы и слышало голоса умерших предков, то левому они представлялись незнакомыми духами-богами. Вполне возможно, что на этом пути возникли основные образы мифов и религий.

Мозг и Я как самосознание.Хотя критика Сёрла в определенном плане справедлива, нужно признать и то, что в прошлом наука все же интересовалась связью мозга с самосознанием или Я. Уже описание и объяснение болезни Альцгеймера (на нейронах образуются амилоидные бляшки, страдает гиппокамп и предклинье. Эта болезнь не характерна для животных) строились на идее искажения образа Я. На основе определенного круга фактов была выдвинута гипотеза о том, что за самосознание отвечают определенные участки мозга. Так, в конце XIX в. на строительстве железной дороги случилась авария: взорвался динамит и железный стержень пробил голову Ф. Гейджа. Этот рабочий выжил, но резко изменился: потерял квалификацию, стал грубым с близкими и друзьями, перестал оценивать себя. Он стал «не Гейдж».

Т. Хизертон (США) с помощью томографа провел опыты по визуализации работы здорового мозга. Оказалось, что когда испытуемые имели задания, касающиеся их самих, то поверхность активных зон мозга была значительно больше, чем тогда, когда они выполняли такие задания в отношении других людей. Опыты также подтвердили ту особенность, что человек лучше запоминает то, что относится лично к нему, чем, то, что связано с другими людьми.

Какие участки мозга скорее всего разрушает болезнь: те, которые ответственны за Я, или другие зоны? В 2002 г. С. Клейн (США) описал следующий опыт. Из-за сердечного приступа у 75-летнего мужчины (Д.В.) был поврежден мозг, наступила полная амнезия. Ученый предложил пациенту список из 60 черт характера и предложил какие-то из них отнести к себе. Этот же список был дан дочери с тем, что выбор осуществлялся независимо друг от друга. Списки отца и дочери совпали с очень высокой корреляцией. Данный опыт свидетельствует о том, что, хотя Д.В. не мог ничего вспомнить о себе, все же у него сохранилось его Я и самоидентификация реализовалась в бессознательной форме.

Как возможна утрата самосознания?В работе мозга выделена взаимодополнительность двух функций. Одни участки мозга управляют моторикой тела, другие зоны наблюдают за деятельностью, оценивают ее, строят предсказания и вносят коррективы в моторные программы. Если реальные ощущения совершенно не совпадают с ожиданиями, то мозг интерпретирует такое расхождение как явление внешних сил, что свидетельствует о потере самосознания. С. Блейкмор (Англия) провела томографическое сканирование мозга испытуемых, находившихся под гипнозом. Исследователи уверяли их в том, что их руки поднимают при помощи веревок, пропущенных через блок, и участники опыта сами поднимали руки. Однако их мозг реагировал так, как будто их руки поднимал кто-то другой, а не они сами. Налицо явное устранение самосознания.

Сходное нарушение самосознания лежит в основе шизофрении. Больные люди полагают, что они не могут управлять своим собственным телом. Так, они протягивают руку и берут стакан, заявляя при этом, что такое делают не они. Причина такого заблуждения – сбой в работе прогнозирующей части мозга. В итоге совпадения ожиданий с реальными ощущениями не происходит.

Самосознание способно ставить Я на место другого человека.Каждый из нас умеет в той или иной степени ставить себя на место другого. В такой операции специализируются «зеркальные» нейроны. Если мы видим, как кому-то наносится болезненный удар, то зеркальные нейроны активизируются в болевой зоне нашего мозга. Они способны активизироваться и в случаях наблюдения слабых прикосновений одного человека к кому-то другому. Был проведен следующий опыт. Группе испытуемых показали видеозапись, где один индивид трогает лицо и шею другого человека. Томографическое сканирование показало, что в определенных участках мозга испытуемых возникли такие же ответы, как если бы прикасались к ним самим.

В одном опыте провели томографическое сканирование мозга людей, которым было предложено угадать намерения других людей. Особую активность проявила медиальная префронтальная кора и ученые склонны считать её ответственной за самосознание. Но независимо от участка мозга следует признать наличие двух разных способов работы интеллекта. Если «С-система» ориентирует деятельность во внешнем мире, то «Х-система» включает самосознание, которое формируется на статистических ассоциациях. «Я» складывается медленно и постепенно, поскольку для установки ассоциативных связей статистического характера требуется накопление богатого информационного опыта. В силу этого самосознание приобретает высокую прочность и укорененность. Если патологические факторы могут устранить «С-систему», то «Х-система» выдерживает их удары. Нечто подобное и случилось с пациентом Д.В.: он многое забыл, но сохранил память о ядре своего Я. Такова версия Дж. Либермана (США).

О своем опыте смерти можно рассказать другим. О феномене «жизнь после смерти» мы узнали из книги Р. Моуди, где обобщены рассказы сотен людей, переживших состояние клинической смерти. Свидетельства от первого лица здесь стали описаниями от третьего лица. От такой интерсубъективности свободна книга Л.М. Литвака, известного российско-израильского психиатра, пережившего клиническую смерть. Свой «околосмертный опыт» он передал от первого лица. Ученый отметил ряд специфических состояний. Его Я сохранялось в виде некоторого «сторожевого центра», который отслеживал ситуацию во внутреннем плане. Литвак пишет, что его Я занималось наблюдением за ходом внутрипсихических явлений. Самосознание было относительно ясным, без бреда и галлюцинаций. При полной блокаде речи сохранилось мышление в образной форме.

Интеллектуальная активность пожилых людей положительно влияет на их мозг. Нейрофизиолог Э. Гольдберг заинтересовался одним из явных парадоксов жизни. По мере взросления индивида его разум становится более совершенным и развитым, а тело, включая мозг, деградирует. Многолетние исследования привели ученого к выводу о нефатальном характере данного противоречия. Оказывается, что гибнут лишь те нейроны, которые регулярно обслуживают деятельность, сохраняются и у них образуются новые дендритные сети. Обследование водителя лондонского такси, находившегося в преклонном возрасте, выявило количество нейронов в гиппокампе значительно более высокое, чем у тех, кто не так интенсивно пользуется пространственной памятью. Зона вербального языка увеличена у писателей, исполнительные зоны мозга развиты у успешных предпринимателей.

В Нью-Йорке Гольдберг сейчас реализует программу «Расширение познания». К нему приходят пожилые люди с нарушением памяти и проходят курс обучения, получая в конце степени бакалавра и магистра. Это пример успешного долголетия мозга и человека. Данное исследование ещё раз подтверждает наличие необходимой связи между интенсивной деятельностью ученых и их относительно высоким долголетием, что демонстрирует эмпирическая статистика. Поисковая работа мозга безусловно продляет жизнь ученого.