Марко Магрини - Мозг. Инструкция пользователя

Природа создает мозг с предустановленными программами. Нет никакой необходимости в дополнительных деталях или настройках, чтобы он начал работать. Тем не менее ему требуется некий подготовительный период в первые годы жизни и дополнительный уход. Для правильной работы мозгу нужны регулярные поставки энергии в достаточном количестве (известной под названием «еда»), совершенно необходимы периодическая перезагрузка и восстановление (сон) и правильное функционирование всех периферических систем (физические упражнения). К тому же никаких гарантийных талонов на этот механизм нам никто не вручает [см. стр. 266].

По вопросам управляемого функционирования см. раздел «Панель управления», стр. 170.

По вопросам непроизвольного или полупроизвольного функционирования см. раздел «Работоспособность», стр. 114.

Это одновременно и необыкновенное, и рядовое событие. Оно чудесно и таинственно. Почти совершенство, и при этом – нечто повседневное. Зарождение мозга – процесс, длящийся девять месяцев и предшествующий появлению на свет самого сложного и удивительного механизма в мире. Через три недели после таинства зарождения материнства, когда сама мама еще и не знает, что произошло, некоторые стволовые клетки уже начинают делиться и дифференцироваться. Это клетки эктодермы, внешнего слоя зародышевых клеток, образующих крошечный зародышевый лепесток, и они готовятся к специализации: из них образуются клетки эпидермиса, прообраза кожи, клетки зубной эмали и нейроны. На следующем этапе нейроэктодерма снова делится, чтобы построить так называемую нервную трубку, в которой начнется производство нейронов.

И вот монтажный конвейер запущен: новенькие нейроны начинают постепенно смещаться в сторону пункта назначения – они таинственным образом знают, куда им двигаться. И им предстоит долгий путь – ведь их размер 0,4 микрона мал даже в сравнении с эмбрионом длиной несколько сантиметров. Прибыв к месту работы, нейроны начинают типичную для себя деятельность: наращивают аксоны и дендриты, образуют первые зачатки синапсов. В течение последующих двух недель нейроны рождаются с невероятной скоростью 250 тысяч новых клеток в минуту, новые связи между ними образуются сотнями миллионов в минуту. Их миграция, которая должна преодолевать непрерывно растущие расстояния, принимает характер библейского исхода.

Тем не менее, несмотря на все усложняющуюся ситуацию, нейроны отлично знают, куда им двигаться и где остановиться: все указания записаны в удивительной инструкции по строительству человека, именуемой ДНК. Эта инструкция записана в каждой клетке организма. К концу девятого месяца деление и специализация клеток создадут крошечного человечка, настоящего, с крошечной печенью, маленьким сердчишком и микроскопическими легкими. И только мозг к моменту рождения обладает всеми необходимыми 8090 миллиардами нервных клеток, которые будут служить ему до конца жизни. В течение последующих 18–20 лет нейроны вырастут в размерах, их аксоны удлинятся и покроются миелином [см. стр. 32], потолстеют глиальные клетки [см. стр. 46]. Но их количество не изменится больше никогда; наоборот, с течением времени нейронов станет меньше [см. стр. 230]. Развитие нейронов делится, таким образом, всего на две стадии. На первом этапе оно не зависит от сенсорной активности: это период сборки, управляемый и условиями в мамином теле (мамино питание, сон, физическая активность, эмоции), и, самое главное, заложенными в ДНК инструкциями. На первом этапе трудится природа. А вот на втором этапе, не менее важном, развитие мозга зависит от активности сенсорных механизмов прямо с момента рождения, от взаимодействия с миром, тактильного, аудиовизуального, чувственного, – создающего, изменяющего и уничтожающего синапсы. Эти сенсорные механизмы и отличают человека от других живых существ. На втором этапе в процесс формирования мозга вступает культура.

В тот момент, когда мозг отрывается от пуповины и начинает самостоятельную жизнь, в нем происходит сенсорная буря. Огромное количество фотонов света падает на нервные клетки сетчатки глаз, и сигналы отправляются в первичную зрительную кору в затылочной доле [см. стр. 78]. Материнский голос производит звуковые волны, которые, достигая внутреннего уха, превращаются в электрохимические сигналы, несущиеся в слуховую кору в височной доле [см. стр. 75]. Для того чтобы усвоить сенсорную информацию, нейроны начинают плодить синапсы [см. стр. 33]. Дендриты [см. стр. 30] вступают в контакт с терминалями аксонов других нервных клеток, в синаптической щели происходит взаимодействие аксонов [см. стр. 32] с другими дендритами. Так реализуется пластичность мозга [см. стр. 87].

Пластичность позволяет человеку учиться даже в зрелом возрасте, поэтому было бы логично предположить, что по прошествии лет, по мере увеличения объема знаний, количество синаптических связей достигнет максимальной величины. Но это не так!

Мозг обладает способностью к нейрогенезу, то есть к образованию новых нейронов, только во время внутриутробного развития, до первых месяцев жизни; однако в первые три года жизни образует максимальное количество синапсов. Согласно некоторым исследованиям, у малыша трех лет от роду в мозге действует около миллиона миллиардов контактов: каждый нейрон вступает в контакт с другим не менее 15 тысяч раз. У взрослого сохраняется примерно половина этих соединений. Очень любопытный выбор эволюции: вместо того чтобы накапливать связи, она предпочла создать их избыток, чтобы потом спокойно пожертвовать лишними.

Этот процесс называется синаптический прунинг. Он похож на действия садовника, обрезающего весной или осенью деревья и кусты. У мозга есть свой способ удалить лишние, не используемые связи и в то же время усилить те, что активно работают. Эта капитальная реорганизация растягивается на несколько лет, по крайней мере до конца подросткового возраста, она расправляется так же и с нейронами, которые не получают и не посылают информации, – поддерживать их жизнь более не имеет смысла.

Пластичность мозга позволяет перестроить систему нейронов и синапсов и в случае повреждения или потери одного из органов чувств. Тому есть масса примеров, когда при потере зрения его задачи берут на себя слух и осязание. И взрослому человеку структурные модификации в мозге, в меньших, конечно, масштабах, чем в детстве, позволяют прекрасно учиться новому. Но в детстве, сразу после рождения, воздействие внешней среды на формирование мозга играет решающую роль.