Айзек Азимов - Человеческий мозг

Конечно, мы не собираемся стоять вечно. Для того чтобы мы смогли сесть, мышцы, ответственные за стояние, должны расслабиться. Это осуществляется по команде из базальных ганглиев, расположенных над стволом мозга, которые посылают мышцам соответствующие импульсы. Эти импульсы позволяют телу упасть, но упасть медленно и управляемо, причем так, чтобы в результате принять положение сидя. Если мозг экспериментального животного перерезать между большим мозгом и стволом мозга, то эти расслабляющие импульсы из базальных ганглиев уже не смогут достичь мышц. В результате у животного развивается постоянная, необратимая ригидность всех мышц. Война с гравитацией становится перманентной и бескомпромиссной.

Стояние отнюдь не статично, как может показаться с первого взгляда. Человеческое тело находится при стоянии в относительно нестабильном положении, так как центр тяжести у человека расположен высоко над землей и покоится на двух, близко расположенных друг от друга опорах. (Большинство других позвоночных имеют четыре опоры, а центр тяжести у них расположен низко над землей.) Следовательно, если человек вздумает стоять не шевеля ни единым мускулом, то его свалит на землю любой толчок в плечо. В обычных реальных условиях человек автоматически изменит направление и мощность усилий, чтобы противодействовать силе, стремящейся свалить его на землю. Он расставит ноги и отпрянет назад. Если он и упадет, то только после борьбы.

Силы, которые стремятся вывести человека из равновесия, действуют постоянно. Если не найдется доброго приятеля, который решит испытать, насколько прочно вы стоите, то вы сможете самопроизвольно менять местоположение центра тяжести - потянуться, привстать на цыпочки, наклониться вперед. Вы можете выдержать напор порыва сильного ветра. Короче говоря, вы всегда стремитесь упасть в ту или иную сторону, а мышцы туловища и ног постоянно корректируют свое напряжение, чтобы удержать вас от падения.

Опять-таки здесь существует тесная связь между стволом мозга и базальными ганглиями. Общее положение тела относительно силы притяжения оценивается структурами внутреннего уха, будут обсуждаться в этой книге в соответствующей главе. Нервные импульсы из внутреннего принимаются в стволе головного мозга и воспринимаются в стволе головного мозга и в базальных ганглиях. Кроме того, импульсы от суставов постоянно поступают по активирующей ретикулярной формации в тот же ствол мозга, так что там определяется, какие мышцы надо бить, а какие - напрячь, так чтобы сохранить надежное равновесие.

Это не причиняет нам никакого беспокойства более того, постоянная необходимость из мышечного напряжения для сохранения равновесия оказывается чрезвычайно полезной. Если мы представим себе человека в состоянии идеального равновесия, то увидели бы, что одни и те же мышцы должны находиться в постоянном неизменном напряжении. В этом случае очень наступит утомление. При постоянной корректировке положения тела в разное время в игру вступают разные мышцы, и каждая имеет шанс отдохнуть, пока другие находятся в напряжении. Действительно, когда мы вынуждены долго стоять на одном месте, мы, преувеличивая естественные движения, начинаем самопроизвольно менять положение, смещая в разных направлениях центр тяжести своего тела. Мы делаем это, переминаясь с ноги на ногу или смещая вес в части тела.

Ходьба представляет собой вывод тела из состояния равновесия рывком вперед. В следующий момент мы выносим вперед ногу, чтобы поймать свое падающее тело и вновь придать ему равновесие. Научиться ходить - стоящий подвиг для маленького ребенка, первых попытках он бросается вперед, не задумываясь о последствиях, и, если его внимание чем-нибудь отвлекается, он падает.

Однако ходьба требует ритмических движений. Одни и те же мышцы то сокращаются, то расслабляются, образуя фиксированный паттерн, который повторяется снова и снова с каждым шагом. Со временем контроль над ходьбой полностью переходит к стволу мозга, который поддерживает постоянство движений рук и ног, не требуя нашего сознательного участия в этом процессе. Мы можем идти и одновременно увлеченно беседовать или с большим интересом читать книгу.

Постоянная смена утраты и обретения равновесия во время стояния и ходьбы требует участия механизмов обратной связи. Так, если тело вышло из состояния равновесия и если базальные ганглии начали изменять степень напряжения мышц, чтобы восстановить равновесие, то чувствительные импульсы должны восприниматься ганглиями в каждый данный момент времени, чтобы сигнализировать мозгу о выходе из равновесия в этот момент для того, чтобы базальные ганглии успели подготовить к сокращению нужные мышцы (это и есть обратная связь). Таким образом, организм должен обладать способностью заглядывать в будущее.

Причину этого можно лучше понять, если прибегнуть к механической аналогии. Если вы делаете поворот на автомобиле, то должны начать поворачивать рулевое колесо до того, как входите в поворот, поворачивая его все больше и больше, по мере вхождения, пока поворот руля не достигнет максимума в середине поворота. Если бы вы вошли в поворот с неповернутым рулевым колесом, то вам пришлось бы поворачивать очень круто. То же самое, только в обратном порядке, происходит на выходе из поворота. Вы должны начать выправлять руль до того, как начался выход из поворота, то есть в самой его середине, и поворачивать руль надо так, чтобы он придал колесам прямое положение там, где поворот кончается. Если бы вы начали крутить баранку, когда вышли на прямой отрезок пути, то, чтобы не врезаться в бордюр, вам пришлось бы очень быстро выправлять положение машины, резко поворачивая руль в противоположном направлении.

Итак, вы видите, что правильное выполнение поворота требует умения прогнозировать ситуацию, заглядывать вперед, учитывать не только настоящее положение, но и положение, которое возник нет через несколько мгновений. Для начинающего это не легкая задача. Учась водить машину, человек вынужден огибать углы очень медленно, чтобы не поворачивать лихорадочно, сначала в одном направлении, а потом в другом. По мере накопления опыта новичок начинает все более уверенно и быстро входить в поворот, а потом делает это без участия сознания, мягко вписываясь в поворот каждый раз - ну, или почти каждый.

Эта ситуация в точности похожа на ту, которая складывается в управляющих центрах нервной системы при сохранении равновесия или при необходимости совершить какое-то целенаправленное произвольное движение. Предположим, вам надо взять со стола карандаш. Рука начинает быстро двигаться вперед, но скорость ее движения уменьшается по мере приближения к карандашу. Пальцы должны сомкнуться, чтобы прикоснуться к желаемому предмету. Если рука отклоняется в сторону, то происходит немедленная, соответствующая корректировка движения. Если видно, что рука проходит дальше карандаша, то скорость ее движения замедляется, если же рука не доходит, то движение продолжается до требуемого расстояния. Все эти подправляющие движения и корректировки происходят неосознанно, и вы можете поклясться, что в действительности никакой корректировки не происходит. Но она происходит, и именно по этой причине мы сначала смотрим на карандаш, чтобы взять его, на челюсть противника, прежде чем ударить по ней кулаком, и на шнурки ботинок, прежде чем начать их завязывать. Именно сигналы, которые глаза постоянно посылают в головной мозг, позволяют нам корректировать и уточнять объемы и направление необходимых движений. Если вы захотите взять карандаш не глядя на него, то, даже если вы знаете, где он находится, вам придется искать его на ощупь, и возможно, вы возьмете его в руку не с первой попытки.