Айзек Азимов - Человеческий мозг

Организм менее чувствителен к более низким по сравнению с нормой температурам, то есть к гипотермин. Людей, попавших в снежные лавины, удавалось вернуть к жизни после сильного переохлаждения, когда температура их тела снижалась до 60 градусов по Фаренгейту. Снижение температуры уменьшает скорость протекания биохимических реакций в организме, то есть снижает скорость обмена веществ. При температуре 60 градусов по Фаренгейту скорость обмена веществ составляет только 15% от нормальной.

Факт, что многие теплокровные в обычных условиях животные, такие, как медведи и сони, реагируют на холод резким снижением уровня работы гипоталамического термостата. Все замедляется. Частота сердечных сокращений падает до нескольких ударов в минуту. Дыхание тоже становится редким и поверхностным. Жировых запасов оказывается достаточно, чтобы продержаться всю зиму. Человек лишен такой способности к зимней спячке, и если температура его тела снижается ниже 60 градусов по Фаренгейту, то наступает смерть из-за дезорганизации координированной работы сердечной мышцы. Тем не менее, бывают такие положения, когда гипотермия полезна, особенно когда проводятся операции на самом сердце. С помощью достаточного снижения скорости обмена веществ (но не слишком выраженного) деятельность сердца замедляется и с ним можно без вреда манипулировать в течение довольно длительных промежутков времени.

Температуру человеческого тела можно снизить грубыми методами, например положив находящегося в наркозе человека в ледяную воду или обернув одеялом, по которому циркулирует охлаждающий раствор. Более мягко можно сделать это, привлекая к снижению температуры сам гипоталамус. Для этого кровь извлекают из артерии, пропускают по системе охлаждающих трубок и возвращают в артерию. Если кровь брать из сонной артерии и туда же ее возвращать, то охлаждается непосредственно сам головной мозг. Гипоталамус замораживается и перестает действовать. После этого легче снизить температуру тела. Более того, головной мозг переносит более низкую температуру, чем остальные органы. Уменьшение уровня обмена веществ в мозгу резко снижает потребность его в кислороде. Именно потребности головного мозга в кислороде и питательных веществах ограничивают время операций, для проведения которых требуется на время выключить кровообращение. В этих условиях операции на сердце можно проводить в течение четырнадцати минут, не причиняя вреда организму.

Участок гипоталамуса, расположенный в его центре, регулирует аппетит, так же как термостат регулирует теплообмен с окружающей средой. По аналогии, этот контролирующий аппетит центр может быть назван аппестатом. Существование аппестат было открыто после того, как животные, которым удаляли определенную область гипоталамуса, начинали прожорливо есть и становились гротескно ожиревшими. Оказалось, что в то время как термостат воспринимает температуру протекающей через него крови, аппестат определяет уровень глюкозы протекающей через него крови. Когда по прошествии какого-то периода голодания уровень глюкозы в крови падает ниже некоторого ключевого уровня, включается, если можно так выразиться, аппетит, и человек начинает есть, если в его распоряжении есть еда. Когда уровень глюкозы восстанавливается, аппетит выключается. Средний человек может есть, будучи голодным, и не есть, не будучи голодным. Таким образом, можно поддерживать разумный вес и не думать о том, как это делается.

Есть люди, и их не так уж мало, которые поддерживают свой вес на уровне выше нормального и оптимального для поддержания доброго здоровья. В обыденной речи таких людей называют обжорами, и несколько романтическое объяснение этого факта заключается в том, что они страдают каким-то психическим расстройством, которое и заставляет их переедать. Между этими двумя крайностями лежит разумное физиологическое объяснение, которое заключается в том, что у этих людей аппестат настроен на слишком высокий уровень, поэтому чувство голода у них возникает после еды быстрее и держится дольше. Недавние исследования этого вопроса позволяют предположить, что существует два центра, контролирующие аппетит. Один - «центр питания» и другой - центр насыщения. Первый включает аппетит, второй выключает. Считается, что при ожирении и переедании страдает именно второй центр. Возможно, однако, что ожиревшие люди не испытывают настоящего голода, но лишь психологическую потребность постоянно что-то жевать, то есть имеют привычку, которую многие люди считают не нужной и даже безвкусной.

И наконец, в гипоталамусе есть область, которая регулирует цикл сна и бодрствования. У людей этот цикл имеет продолжительность около двадцати четырех часов, что отражает цикл вращения Земли вокруг своей оси и суточный цикл смены светлого и темного времени суток. Современные воздушные путешествия с пересечением часовых поясов смещают цикл и приводят к нарушениям регулярности питания, сна и физиологических отправлений. Во время сна человек впадает в некое подобие зимней спячки. Уровень обмена веществ падает на 15% ниже самого низкого уровня, характерного для бодрствования. Замедляется частота сердечных сокращений, снижается артериальное давление, и расслабляются скелетные мышцы.

У разных людей отмечается разная потребность во сне, но у всех людей потребность в нем снижается с возрастом. В первый период жизни после родов ребенок спит все время, когда он не ест. Дети, как правило, спят 10 - 12 часов в сутки, взрослые от 6 до 9 часов.

Целью сна, и это скажет, видимо, каждый, является восстановление сил после трудового дня, однако есть органы, которые работают день и ночь, не испытывая никакой потребности в ночном отдыхе и не проявляющие никаких признаков усталости или изношенности. Если человека насильно лишить возможности спать, то ни один орган не выходит из строя и не проявляет никаких признаков патологии, за исключением головного мозга. Очевидно, депривация сна вызывает распространенные нарушения координированной работы центральной нервной системы, при этом могут развиться галлюцинации и другие симптомы ментальных расстройств. Отсутствие сна убивает быстрее, чем отсутствие пищи.

Наступление сна, возможно, определяется деятельностью какого-то участка гипоталамуса, потому что разрушение некоторых его частей приводит к развитию сноподобного состояния у экспериментальных животных. Точный механизм, с помощью которого гипоталамус выполняет свои функции, точно не известен. Одна из теорий гласит, что гипоталамус посылает сигналы в кору головного мозга, которая направляет в ответ сигналы, которые взаимно активируют друг друга. При продолжительном бодрствовании координация двух сигнальных систем нарушается, осцилляции начинают терять амплитуду и наступает сон. Когда же координация восстанавливается, то наступает пробуждение, даже в отсутствие насильственного стимула (громкого шума, толчка в плечо).