Илья Мартынов - Мозг. Как он устроен и что с ним делать [litres]

Поскольку в детстве родители кодировали информацию словами, мы научились сопоставлять с ними образы. К примеру, нам показывают игрушку и называют ее («это – машинка»). В затылочных областях коры (восприятие зрения) активизируются клетки для распознавания образа игрушки. В височных областях коры (восприятие слуха) – клетки, реагирующие на звуковой стимул (в нашем случае – название игрушки). В ассоциативных областях сопоставляются разные параметры стимула, и так мы получаем общий образ игрушечной машинки, соответствующий определенному внешнему виду, тактильным ощущениям от него, слову «машинка», его звучанию и так далее. Под это дело даже формируется «речевой» нейрон.

По сути, мозг обучается новым словам, используя все те же условные рефлексы, только вместо колокольчика и еды у нас – зрительные образы сложных условно-рефлекторных комплексов. Морковь – оранжевая. Зайчик – с двумя ушками. Чем больше ассоциированных повторений, тем прочнее формируется сеть из связанных клеток в мозге. То есть чем чаще мама говорила вам «смотри, это морковь, она оранжевая», тем крепче это оседало в мозге.

Важно понимать, что любой опыт в некотором смысле «перепаивает» наши связи. Мозг очень пластичен, он, как мягкая глина, подстраивается под среду (оставляя на себе ее отпечатки). Даже читая этот текст, вы перестраиваете связи между клетками мозга.

Более того, в ассоциативных областях коры формируется универсальный способ распознавания образов по ключевым элементам. В детстве мы видели игрушечного зайчика с серыми ушами, в документальных фильмах о природе – настоящего зайца. А еще нам достаточно показать два пальца (имитирующих уши зайца), и мы распознаем привычный с детства образ. Для ассоциативной коры длинные уши и являются этим самым ключевым стимулом. В мозге формируется связанная группа клеток (с контрольным центром в ассоциативной коре), которая реагирует на любыетипы зайцев. Вот так клетки и работают в ансамбле.

Для того чтобы закрепить понимание того, как функционирует эта данная физиологическая схема, давайте рассмотрим пример поинтереснее. Многие из нас любят пить кофе. И сейчас читатели наверняка ощутили в своем воображении аромат этого напитка. Ассоциативные области собирают информацию из разных отделов мозга. Именно поэтому рисунок чашки с кофе или само слово «кофе» ассоциируются с конкретным ароматом. Запах мы на самом деле не чувствуем, но «речевой» нейрон (при слове «кофе») начинает автоматически привлекать из памяти информацию, связанную с работой обонятельной системы. Это крайне упрощенная схема, но работает все приблизительно так.

Логичным образом возникает вопрос: как мозг отличает реальный запах кофе от воображаемого?

Здесь ситуация чуть сложнее, но полагают, что сигнал подавляется, так как не стимулируются сенсорные системы. Химические раздражители (в виде молекул кофеина) не попадают на обонятельные рецепторы, и мозг не получает от них сигнал. Ассоциативные нейроны коры просто извлекают информацию из памяти. Это позволяет не превращать работу мозга в полную мешанину.

А вот во сне или в случае галлюцинаций торможение информации, приходящей от сенсорных систем, отключается, поэтому мы видим, слышим и чувствуем то, чего нет.

Физиологи в связи с этим любят вспоминать слова великого И. М. Сеченова, который писал:

Нет никакой разницы в процессах, обеспечивающих в мозгу реальные события, их последствия или воспоминания о них.

Мы рассмотрели нейрофизиологическую парадигму доминант, которая сформировалась на рубеже XIX–XX столетий. В действительности «учение о доминанте» А. А. Ухтомского не только не потеряло актуальности, но и продолжает развиваться сегодня (хотя и в более современных интерпретациях).

Далее в этой книге мы рассмотрим еще несколько парадигм, чтобы сформировать представление о том, как ученые видят мозг сегодня.

На протяжении большей части своей истории нейронаука придерживалась догмы, что взрослый мозг остается неизменным до старости. Нейробиологи считали, что человек может только терять нервные клетки, но не приобретать их. Однако что думает об этом современная наука?

Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо заглянуть в историю развития нервных клеток мозга.

Головной мозг человеческого эмбриона формируется из нескольких мозговых пузырей, которые образуются в результате деления и перемещения нейронов. У нейронов головного мозга обычно один длинный и множество коротких отростков. Если посмотреть на нейроны в микроскоп, мы увидим, что они напоминают скопления звезд (рис. 2 и рис. 3).

В развитии мозга есть этапы, когда скорость образования клеток достигает 250 тысяч новых нейронов в минуту, то есть 15 миллионов в час. Каждую неделю прибывают миллиарды новых нейронов. Но в какой-то момент создается поистине драматическая ситуация: нейроны внезапно начинают гибнуть с колоссальной скоростью (до нескольких миллионов в час!).

На некоторое время процесс гибели клеток мозга останавливается, а затем запускается вновь. Нейробиологи называют это явление двумя великими волнами гибели нейронов в развивающемся мозге.

Рис. 2. Окрашенные нейроны, световая микроскопия

Рис. 3. Окрашенные нейроны, флуоресцентная микроскопия

Более 50 % клеток мозга гибнут еще до рождения ребенка. Благодаря современным исследованиям Сузаны Эркулано-Оузель, мы знаем, что в мозге взрослого человека находится порядка 86 миллиардов нервных клеток. Получается, что в процессе развития плода гибнет более 90 миллиардов нейронов. Только вдумайтесь в эту цифру!

Долгое время было непонятно, почему так происходит. Нам же так нужны клетки, а они вдруг гибнут отчего-то.

В результате серии исследований с применением методов молекулярно-клеточной нейробиологии удалось выяснить, что каждый нейрон должен устанавливать контакты с другими клетками. Если нейрон мозга за отведенный ему срок не сумел установить контакт ни с одной другой клеткой, он втягивает все свои отростки обратно и умирает. В нем буквально активируется программа самоуничтожения, называемая апоптозом.

Открытие потрясло ученых. Зачем уничтожать здоровые клетки миллиардами? Многие пытались объяснить логику поведения клеток. Для ученых, исследовавших сей феномен, открытие было вдвойне пугающим, поскольку считалось, что новым нейронам взяться просто неоткуда.