Георгий Шевяков - Начала человеческой природы

Ваш неокортекс заполнен нервными клетками или нейронами. Они так плотно упакованы, что никто точно не знает, сколько же в нем клеток. Если вы нарисуете крошечный квадрат со стороной один миллиметр сверху на стопке ваших визиток, вы обозначите положение приблизительно сотни тысяч (100 000) нейронов. Вообразите попытку посчитать точное число в таком крошечном пространстве; это даже виртуально невозможно. Тем не менее, некоторые анатомы предсказывают, что в среднем человеческий неокортекс содержит порядка тридцати миллиардов нейронов (30 000 000 000), но никого не удивит, если в действительности окажется больше или меньше [33] Некоторые называют цифру и 80 и 100 миллиардов нейронов. .

Эти тридцать миллиардов клеток и есть Вы. Они содержат практически все ваши воспоминания, знания, мастерство и накопленный жизненный опыт. После 25 лет размышления над мозгом, я до сих пор нахожу этот факт удивительным. То, что тонкий слой клеток видит, чувствует и создает наше мировоззрение – это на грани невероятного. Тепло летних дней и наши мечты о лучшем мире каким-то образом являются созданием этих клеток. Через много лет после публикации статьи в Scientific American, Френсис Крик написал книгу о мозге, названную Ошеломительная Гипотеза. Ошеломительная гипотеза состояла в том, что разум – это творение клеток в мозгу. Нет ничего больше, ни магии, ни специального соуса, только нейроны и танец информации. Я надеюсь, вы ощутили, как невероятна такая постановка дела. Получается, что существует большая философская воронка между набором клеток и нашим сознательным опытом, хотя разум и мозг – едины. Называя это гипотезой, Крик просто соблюдал политкорректность. То, что нейроны в нашем мозгу создают разум – это факт, а не гипотеза. Но необходимо понять, что эти тридцать миллиардов нейронов делают, и как они это делают. К счастью, кортекс не просто бесформенный комок ячеек. Мы можем глубже поискать в его структуре идеи о том, как он дает начало человеческому разуму.

У всех нейронов есть общие черты. Помимо тела клетки, округлой части, которую вы представляете при упоминании клеток, у них также есть ветвящиеся, похожие на провода структуры, называемые аксонами и дендритами. Когда аксон одного нейрона соприкасается с дендритом другого, они формируют маленькое соединение, называемое синапсом. Синапс – это где нервный импульс с одной клетки воздействует на поведение другой.

Хотя существует множество типов нейронов в неокортексе, один распространенный класс включает восемь из десяти ячеек. Это пирамидальные нейроны, называемые так, потому что их тело немного похоже на пирамиду. За исключением верхнего слоя шестислойного кортекса, который содержит мили аксонов, но очень мало клеток, каждый слой содержит пирамидальные клетки. Каждый пирамидальный нейрон соединяется с множеством других нейронов в непосредственном окружении, и каждый посылает длинный аксон вбок к более отдаленным областям кортекса или вниз, к нижележащим структурам мозга, например, к таламусу.

Типичная пирамидальная клетка имеет несколько тысяч синапсов. Опять же, очень трудно узнать точно, сколько, по причине их высокой плотности и маленьких размеров. Количество синапсов изменяется от клетки к клетке, от слоя к слою и от области к области. Если б мы заняли консервативную позицию, что каждый нейрон имеет одну тысячу синапсов (действительное число синапсов оценивается ближе к пяти или десяти тысячам), то наш неокортекс должен был бы иметь примерно тридцать триллионов синапсов в сумме. Это астрономически большое число, намного за пределами наших интуитивных возможностей. Это, несомненно, достаточно, чтоб сохранить все вещи, которые мы когда либо узнали в течение жизни» [34] http://erudity.ru/chel_mozg.htm .

Достаточно серьезно мнение, что в отличие от большинства других клеток нейроны после завершения эмбрионального периода не делятся. Это заставляло предполагать, что исходный их запас должен служить в течение всей жизни организма с постепенным уменьшением их количества (известно выражение: «нервные клетки не восстанавливаются»). Однако «за последние пять лет нейробиологи открыли, что мозг все же меняется в течение жизни: происходит образование новых клеток, позволяющих справиться с возникающими трудностями. Такая пластичность помогает мозгу восстанавливаться после травмы или заболевания, увеличивая свои потенциальные возможности» [35] Фред Гейдж, «Мозг, восстанови себя», альманах «Мозг и сознание», М, 2007. .

Пластичность мозга выше всего в возрасте от 14 до 21 года, когда наиболее эффективно обучение. Недаром возраст зрелости во многих странах исчисляется именно с 21 года.

Хотя нейроны и являются строительными блоками мозга, это не единственные клетки, которые в нем имеются. Так, кислород и питательные вещества поставляются плотной сетью кровеносных сосудов. Существует потребность и в соединительной ткани, особенно на поверхности мозга.

Кроме нейронов значительная часть мозга заполнена так называемыми глиальными клетками. Они занимают в нем практически все пространство, которое не занято самими нейронами. По некоторым оценкам количество глиальных клеток на порядок (в десять раз) превышает число нейронов. До сих пор довольно устойчивым было мнение о том, что глиальные клетки обеспечивают структурную и метаболическую опору для сети нейронов, служат своего рода строительными лесами. Однако в последние годы появились данные (как ни странно, это выяснилось при исследовании мозга умершего Эйнштейна), что глиальные клетки участвуют в мозговых процессах. Современные исследования показывают, что клетки глии обмениваются и с нейронами, и между собой посланиями о нейронной активности. Они способны изменять нейронные сигналы на уровне синаптических контактов между нейронами и влиять на образование синапсов. Таким образом, глия может играть решающую роль в процессах обучения и памяти, а также участвовать в восстановлении поврежденных нервов.

Говоря о мозге, очень часто употребляют выражение «серое вещество», намного реже говорят о белом веществе. Так вот, серое вещество головного мозга состоит в основном из скоплений тел нейронов и их ближайших отростков. Белое вещество состоит в основном из скоплений нервных волокон, отростков нервных клеток, имеющих миелиновую оболочку (отсюда белый цвет волокон и вещества). Белое вещество полушарий образовано нервными волокнами, связывающими кору одной извилины с корой остальных извилин собственного и противоположного полушарий, а также с нижележащими образованиями.

Особого внимания с интересующей нас точки зрения, заслуживает становление нейронных сетей. В настоящее время достоверно известно, что построение их начинается сразу же после рождения человеческого индивида и продолжается всю оставшуюся жизнь. В мозге младенца нейроны появляются со скоростью 250 тысяч в минуту. Сообразно своим генетическим признакам они заполняют кортикальное пространство и устанавливают и закрепляют связи между собой в соответствии с получаемыми извне сигналами. При этом мы наблюдаем совокупное воздействие генетических и социальных факторов на создаваемую конструкцию. «…Формирование функций развивающегося мозга происходит не только по линиям генетически предопределенных программ. Существенным фактором этого развития оказывается и образование новых морфофункциональных систем связей под влиянием воздействий внешней среды и обучения… Генетически предопределенные морфологические характеристики мозга содержат в себе только потенциальные возможности той или иной формы организации нервного субстрата для осуществления будущих функций. Реализация же этих возможностей происходит в процессе взаимодействия, обмена информацией организма с внешней средой» [36] Н. Ю. Беленков «Принципы целостности в деятельности мозга», М, Медицина, с.207. .