Илья Мартынов

Мозг. Как он устроен и что с ним делать

© Мартынов И. А., текст, 2019

© Фролова Е. А., ил., 2019

© ООО «Издательство АСТ», 2019

* * *

Вместо введения

В 2007 году француз Матье, 44-летний отец двух детей, обратился в одну из клиник Марселя с жалобами на слабость (парез) в левой ноге. Он сообщил доктору, что в возрасте 14 лет у него уже было нечто подобное, но после лечения, назначенного детскими врачами, слабость прошла. Остальные аспекты, согласно записям в медицинской карте, были в пределах нормы.

Рис. 1. Слева – мозг Матье (реконструкция), справа – мозг здорового человека

Доктора обследовали ногу Матье, но причин, вызывающих недомогание, обнаружить не смогли. И все же они решили назначить МРТ (магнитно-резонансная томография) головного мозга, чтобы исключить, например, такое страшное заболевание, как рассеянный склероз: оно может уничтожать клетки нервной системы, отвечающие за движения.

То, что обнаружили специалисты в ходе МРТ-исследования, не укладывалось в представления тогдашней нейронауки. В норме весь череп заполнен серым и белым веществом – это ткань мозга. Внутри есть небольшие цистерны с жидкостью. Но у Матье отсутствовало более 80 % мозговой ткани. А сами цистерны расширились, заполнив жидкостью почти весь мозг.

Матье рассказал докторам, что в 14 лет ему сделали шунтирование и откачали жидкость из мозга. Однако впоследствии она снова заполнила черепную коробку мужчины и сдавила его мозг, оттеснив все выжившие клетки к внутренней поверхности костей. То есть, по сути, вот уже более 40 лет Матье жил с «водой» в голове. И это не мешало ему вести вполне нормальный образ жизни. Но как такое возможно? Какие механизмы лежат в основе подобных явлений? Что мы знаем о мозге сегодня? Какова его роль в формировании сознания и механизме принятия решений?

О чем эта книга

Ответить на эти и другие вопросы можно, если обратиться к последним данным нейробиологии (науки о строении и функциях нервной системы) и когнитологии (науки о познании).

Читая научно-популярные лекции по нейробиологии около восьми лет, я не раз замечал, что людям зачастую сложно построить схему процессов, происходящих в мозге.

Основной задачей этой книги я вижу именно формирование у читателей единой системы представлений о мозге. Как мне кажется, это поможет им лучше понять не только процесс развития нервной системы, но и механизм действия антидепрессантов, нейролептиков и других препаратов. Этому и посвящена первая часть книги.

Во второй части речь идет о мышлении, памяти, внимании, научно обоснованной пользе медитации. Также предложены некоторые практические рекомендации и упражнения.

В третьей части освещены темы, связанные с принятием решений, поведенческой экономикой, нейромаркетингом, настоящим и будущим современных нейрокомпьютерных интерфейсов – устройств, связывающих наш мозг с компьютером, ноутбуком или планшетом, – и других нейротехнологий.

Итак, в этой книге я предлагаю читателям совершить путешествие от базовых принципов работы мозга к нашему поведению, мышлению и современным нейротехнологиям.

Мозг пристально изучают уже на протяжении долгого времени, но еще никогда мы не знали о нем так много, как сегодня. Нейробиология выводит человечество на новый уровень понимания, каково значение каждого индивида в обществе.

Уже сегодня достижения нейробиологии позволяют успешно лечить болезнь Паркинсона препаратом под названием «L-допа». Используя нейротехнологии и знания о пластичности мозга, мы можем достигать значительных результатов в спорте. С помощью нейромаркетинговых исследований международные корпорации выстраивают работу огромных отделов.

В этой книге я хочу рассказать не только о том, что уже используется на практике, но и о том, чего можно ожидать в ближайшее время. В мире, где потоки информации лавинообразно обрушиваются на каждого из нас, человеку уже не обойтись без богатого опыта нейронаук. Только эти знания способны по-настоящему помочь настроить мозг на эффективную работу.

Часть I. Что такое МОЗГ для нас сегодня

Когда ум овладеет предметом, слова приходят сами.

Сенека

Люди-автоматы, или Мозг без тормозов

Сегодня нам известно, что мозг состоит из миллиардов нервных клеток, связанных друг с другом в сложные сети. Но это знание мы получили относительно недавно.

В Античности про мозг знали не так уж много. Греческие философы вообще не утруждали себя описанием функций мозга. Они принимали его за охладитель, полагая, что он нужен для остужения крови.

В Средние века анатомические исследования практически не проводились из-за строгих религиозных запретов. И хотя вопреки всем запретам врачи все-таки пытались изучать нервную систему, целостной картины представлений о ней не сложилось.

Рене Декарт в XVII веке заложил традицию сравнивать работу нервной системы с работой различных устройств. Сам он уподоблял нервную систему сложной гидравлической машине. Примерно в это же время Томас Гоббс предложил обществу идею о том, что наши мысли являются результатом работы небольших механизмов в мозгу. В XVIII веке, продолжая традицию Декарта, исследователи сравнивали мозг с электрической машиной, в XIX – уже с телеграфом. В 1940-х годах возникла идея сопоставления мозга с компьютером. И она популярна до сих пор. Но на самом деле все эти сравнения ошибочны. Давайте разберемся почему.

В 1863 году была опубликована фундаментальная работа выдающегося русского физиолога Ивана Михайловича Сеченова. Называлась она просто и ясно – «Рефлексы головного мозга». В ней Сеченов развивал идею о так называемых невольных движениях: по сути, он описывал рефлексы в физиологическом смысле этого слова.

Сеченов одним из первых в России заговорил о проблеме автоматических процессов, которые человек не в состоянии контролировать. Они ведь на то и автоматические, запрограммированные природой. Но самые важные выводы, которые сделал величайший физиолог, заключались в другом.

Сеченов установил, что у лягушки, даже если у нее повреждены верхние отделы мозга, сохраняются невольные движения (то есть рефлексы), связанные с отдергиванием лапки. Все мы знаем, что многие рефлексы необходимы для сохранения жизни и здоровья. Например, если человеку что-то попадает не в то горло, у него рефлекторно активируется кашлевой центр. Толчки воздуха при кашле помогают освободить дыхательные пути от инородных тел. Кстати, с этим рефлексом каждый из нас сталкивался во время простуд, сопровождающихся отхождением мокроты. От нее тоже нужно освобождать дыхательные пути. Одаривая нас такими рефлексами, природа словно говорит: «Я все сделаю сама, вы ведь все равно, глупышки, не справитесь». И она действительно перехватывает у нас инициативу. И знаете – обычно неплохо справляется. Сколько бы мы, к примеру, извлекали инородное тело из дыхательных путей пинцетом? Или что случилось бы, если бы мы не заметили, как коснулись горячего утюга или чайника?

Для всех этих случаев природа предусмотрела защитные рефлексы.

Так вот, у лягушки то же самое. Сеченов разрезал мозг лягушки на уровне зрительных бугров (это глубинные структуры мозга, залегающие под корой в его центральной части). Затем измерял, как быстро возникает сгибательный рефлекс, если лапку лягушки раздражать серной кислотой. После этого ученый накладывал на зрительные бугры кристаллики соли и вновь замерял, как быстро лапка лягушки поджимается к телу, чтобы пресечь контакт с кислотой.

Кристаллы соли выполняли роль раздражителя нервных центров. С ними время реакции постепенно увеличивалось, пока она полностью не исчезала. То есть с солью в мозгу лягушка уже не могла отдернуть лапку. Но как только кристаллики соли снимали и промывали мозг физиологическим раствором, скорость реакции постепенно восстанавливалась (лягушка опять начинала отдергивать лапку).

Этот эксперимент позволил Сеченову сделать важнейший для развития физиологии вывод: торможение – активный процесс, возникающий при раздражении определенных отделов центральной нервной системы (ЦНС).

Это открытие было поистине ошеломляющим. И вот почему. Мы привыкли жить в мире, где работают законы Ньютона, а все движущиеся объекты в конце концов останавливаются. Электропоезд, отключенный от линии передач, или автомобиль с заглохшим двигателем какое-то время двигаются по инерции, но затем они вынуждены останавливаться, потому что на них действуют силы, препятствующие движению (силы трения, сопротивление воздуха и так далее). Таким образом, для нас торможение – это нечто само собой разумеющееся, не требующее каких-то специальных усилий. Вы можете возразить и сказать: а как же экстренное торможение, когда нужно резко остановить автомобиль, несущийся с огромной скоростью по мокрому асфальту? В таком случае торможение требует немалых усилий.

И это отличное замечание!

Похоже, наш мозг работает в режиме экстренного торможения. Потому что большинство протекающих в нем процессов как раз связаны с торможением. Мозг тратит массу энергии, чтобы подавлять ненужную активность.

Вдумайтесь в это! У нас в мозге один сплошной тормоз. И кора больших полушарий, расположенная, как крыша, над всем мозгом, постоянно его тормозит. Теоретически, если бы активность двигательных центров не тормозилась, мы бы бегали, размахивая руками и ногами без остановки. Просто потому, что это автоматические процессы, «зашитые» в наш мозг программы.

Это как завести механическую куклу. Пока она не завершит танец, пока пружины натянуты, она будет двигаться. Вот и мы двигались бы, как эти куклы, если бы не тормозящее влияние коры больших полушарий.

Другой наглядный пример процесса растормаживания – агония обезглавленной змеи. Если вы хоть раз видели только что обезглавленную змею, то могли заметить, что она продолжала извиваться и даже как будто пыталась уползти. Почему? Потому что мозг (которого уже нет) перестал вытормаживать рефлексы спинного мозга, и они, «обрадовавшись», заработали на полную мощность. Это, конечно, несколько утрированная схема, но в общих чертах все работает примерно так. Резкие изгибы тела обезглавленной змеи – это своего рода автоматические процессы.

Однако, если вы думаете, что это применимо только к таким примитивным животным, как змеи, вы ошибаетесь. Мы все полны автоматизмов, и это огромная проблема, побуждающая нас бездельничать. Проще ведь «скатиться» до выполнения привычных однотипных действий, а не тратить ресурсы на изучение чего-то нового. Но более подробно об автоматизмах мы поговорим во второй части этой книги.

Позднее другой русский физиолог Алексей Алексеевич Ухтомский объяснил результаты Сеченова с позиций учения о доминанте.

Доминанта – устойчивый очаг повышенной возбудимости нервных центров (совокупности большого количества нервных клеток). При этом возбуждения (нервные импульсы), приходящие в центр, способствуют усилению возбуждения в очаге. В это же время в остальной части нервной системы широко наблюдаются явления торможения.

К примеру, вы сидите за компьютером или читаете эту книгу. Ваше внимание полностью направлено на текст. Но вдруг вам что-то попало в нос и сильно захотелось чихнуть. Доминанты тут же смещаются: зуд усиливается, мозг не может вытормозить жизненно важный рефлекс. Доминанта рефлекса чихания начинает преобладать (привет бабуле-природе). И вот вы уже не можете сосредоточить внимание на этих строчках. Мысли заняты одним вопросом: чихнуть или сдержаться. Если возбуждение достигает некоторого предельного значения, организм автоматически с силой выталкивает воздух через носовые ходы (и вы чихаете). Но!

Если вы начнете интенсивно чесать переносицу (наверняка многие знают этот нехитрый прием), доминанты сместятся. И вполне вероятно, что чихательный рефлекс даже на какое-то время угаснет.

Короче говоря, принцип таков: одно возбуждаем – другое тормозится.

Ухтомский объяснил опыт с лягушкой так. В зрительных буграх мозга возникает доминанта возбуждения, которая подавляет действие спинного мозга. Поэтому условный рефлекс со сгибанием лапки перестает работать. Его центры как раз и находятся в спинном мозге.

С помощью учения о доминанте Ухтомский пытался объяснить не только сугубо физиологические аспекты нашей жизни, но и социально-культурные явления.

Ухтомский указывал на то, что есть «низшие» и «высшие» доминанты. «Низшие» отвечают за жизненные функции, связанные с пищевым, оборонительным, половым поведением, тогда как «высшие» доминанты составляют физиологическую основу «акта внимания и предметного мышления».

Ухтомский полагал, что все аспекты человеческого опыта, в том числе культура и наука, подвержены влиянию доминант. Именно с помощью доминант мозг подбирает нам впечатления, образы и убеждения.

Чтобы овладеть человеческим опытом, чтобы овладеть самим собою и другими, чтобы направить в определенное русло поведение и саму интимную жизнь людей, надо овладеть физиологическими доминантами в себе самих и в окружающих.

На этот счет в труде «Доминанта и интегральный образ» Ухтомский писал:

Главный принцип – не дурачить самого себя.

А себя как раз легче всего одурачить.

Здесь надо быть очень внимательным.

Ричарлд Фейнман

Как мы учимся, или Откуда мозг знает, что ему делать

Если говорить более современным языком, Ухтомский описал группы нервных клеток, которые попеременно включаются в работу, отражая текущую деятельность мозга. Когда мы двигаемся, работают моторные структуры мозга (есть даже специальные мотонейроны), а когда мы о чем-то думаем, активны очень обширные области, связанные с вниманием, извлечением информации из памяти.

Но давайте разберемся, откуда клетки знают, что им надо поработать вместе для решения какой-то задачи?

Сеченов и другие исследователи второй половины XIX века активно развивали идею о том, что есть «встроенные» от рождения рефлекторные дуги. Сейчас мы знаем, что их свойства определяются генетикой. В норме эти дуги у всех работают одинаково. Вспомните, как невролог легонько ударял молоточком чуть ниже вашей коленной чашечки… и стопа вдруг сама подлетала вверх. Так происходило потому, что раздражалось сухожилие четырехглавой мышцы бедра (и нога разгибалась).

Причем это правило работает для всех мышц. Если ударить молоточком по сухожилию соответствующей мышцы, она сократится.

И для этого достаточно всего двух нервных клеток: чувствительного и двигательного нейронов. В нервных цепях подобных рефлексов еще включаются вставочные нейроны, но это отдельная огромная тема, поэтому на данном этапе повествования мы ее опустим.

Нейроны устанавливают связи друг с другом еще до рождения человека, в утробе матери. И не просто так. Судьба многих нервных клеток предопределена. Бабуля-природа распорядилась, чтобы некоторые клетки оставались связанными друг с другом на всю жизнь и обеспечивали врожденные рефлексы.

Но мы же понимаем, что в процессе жизни мы обучаемся, регулярно узнаем что-то новое, да и новые связи между клетками образуются постоянно.

Иван Петрович Павлов обнаружил удивительное явление – условные рефлексы. Он заметил, что у животных (так же как и у человека) безусловные рефлексы могут сопрягаться с некоторыми раздражителями.

Врожденные дуги (совместно работающие группы клеток) могут вдруг включаться в работу при предъявлении стимула. У собаки есть врожденный безусловный рефлекс, связанный со слюноотделением. Чтобы запустился такой рефлекс, нужен запах пищи (он выступает здесь в роли молоточка невролога). Когда собака ощущает запах мяса, слюна вырабатывается сама, чтобы желудку животного не пришлось справляться с сухим комком пищи (бабуля-природа и тут все автоматизировала). Если же в момент предъявления пищи постоянно подавать какой-то звуковой сигнал (например, звонить в колокольчик), через некоторое время слюна у собаки начнет вырабатываться просто при звоне колокольчика.

Позднее Беррес Фредерик Скиннер, следуя по стопам Павлова, предложил теорию так называемого оперантного обусловливания, когда подкрепляется то спонтанное поведение, которое признается желательным.

Все мы постоянно совершаем ошибки. В детстве кто-то пытался засунуть пальцы в розетку, другие случайно съедали красный перец и потом выпивали литры воды, чтобы заглушить жжение во рту, и так далее. Вряд ли кто-то захочет второй раз притронуться к оголенным проводам или съесть еще немного жгучего перца. Во всех этих случаях реакция организма человека формируется по методу проб и ошибок. И за счет нее закрепляется определенный рефлекс: среда как бы оперирует нашим поведением.

Получается, что, влияя на результат поведения и его последствия, мы можем модифицировать это самое поведение.

Важно отметить, что эта схема используется как при создании государственных систем, так и в управлении. Вообще, с ее помощью можно менять поведение человека в нужном направлении. Например, торговая сеть, чтобы увеличить прибыль, может поощрять продажу определенной категории товаров (например, риса, а не вермишели, предлагая существенные скидки на другие важные товары, которые обычно покупают вместе с рисом). Эта же модель прекрасно работает с детьми, когда нужное родителям поведение (например, усидчивость в школе) подкрепляется сладостями, походом в аквапарк, покупкой нового смартфона и так далее. Подробнее об управлении поведением в нейроэкономических моделях речь пойдет в третьей части книги.

Вслед за Скиннером и Павловым плеяда физиологов ринулась искать те нервные клетки, которые отвечают за обучение. И их нашли!

Мы с вами уже выяснили, что часть клеток в организме человека знает о своей будущей функции изначально. Но есть и другие клетки, специализация которых определяется чуть позже, по результатам опыта конкретного человека.

Для формирования каждого навыка у нас есть физиологические окна возможностей – периоды времени, когда области мозга наиболее восприимчивы к тем или иным стимулам. В один из таких критических периодов и развивается способность нервных клеток зрительной коры хорошо распознавать образ (частично это задано генетикой). Известно, что при рождении у ребенка уже есть предрасположенность в первичной зрительной коре отображать воспринимаемый образ. Наиболее активный рост первичных и вторичных областей зрительной коры происходит до трех лет.

В 2011 году Синдзи Нишимото с коллегами с помощью функциональной МРТ (фМРТ) смогли продемонстрировали, как зрительная кора «видит» различные изображения. Исследователи, конечно, видели не точное отображение объекта, а подобие его силуэта, собранного из совокупности активированных клеток.

Таким образом, по активности мозга можно понять, что видит человек в тот или иной момент.

В действительности исследователи показывали не статичные изображения, а кадры фильмов в динамике, наблюдая при этом изменяющуюся активность.

Тут стоит сделать оговорку. Подобный способ визуализации не является технологией «чтения мыслей». Дело в том, что декодировать сложные комплексные функции (такие как наша речь, мыслительные акты) невероятно сложно. И вот почему.

Природа наделила нас возможностью развивать вторую сигнальную систему (по И. П. Павлову). Эта система называется речевой. Вообще, чтобы подумать о чем-то, нужно сначала назвать это, придумать/подобрать слово. Чтобы сформулировать мысль, нужно скомбинировать слова. Чтобы лучше понять процессы сборки мозгом целостных образов, давайте коротко рассмотрим, как устроены механизмы восприятия и усвоения новых слов.

Наш мозг поделен на огромное количество функциональных областей, но все они работают как единая система. У нас есть первичные области коры, которые воспринимают только один вид информации, например зрительный образ. Есть вторичные и третичные области, они обобщают несколько параметров стимулов. Третичные области называют также ассоциативными: внутри них смешиваются сигналы первичных и вторичных областей (происходит ассоциирование). А это уже позволяет собрать в конечном итоге некий целостный образ. Представляете, как сложно!

Иными словами, в третичных областях коры есть клетки, которые могут ассоциировать друг с другом сигналы, идущие от разных органов восприятия. Эти клетки собирают информацию от слуховых зон, зрительных областей, обонятельной системы.

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 любые типы 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.

Выбывает тот, кто не успел включиться в работу

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.

Лишь к началу 2000-х годов, после детального изучения нескольких тысяч срезов мозга, ряду исследователей удалось сформулировать объяснение этого феномена.

Первая волна гибели клеток связана с тем, что нервная система просто формирует свой размер. Иными словами, чтобы мозг не получился слишком большим и неудобным.

В результате исследований мозга зародышей животных выяснилось, что в утробе среда постепенно берет верх над генетическими программами. Природа «получает сигналы» о том, какие изменения необходимо внести в зависимости от происходящих событий. Любой внешний фактор, действующий на плод, может оказывать воздействие на развитие его нервной системы. Мозг пластично перестраивается под воздействием среды, он адаптируется, готовится к вылазке длиною в жизнь. Факторы могут влиять как на протекание тонких биохимических процессов в мозге, так и на развитие целых структур.

О второй волне гибели клеток речь пойдет чуть позже.

Разлука с матерью приводит к нарушениям в мозге

Беременность может сопровождаться воздействием неблагоприятных факторов. Доказано, например, что, если во время беременности женщина пребывает в состоянии стресса, это может сказаться на закладке структур гипоталамуса. Что в свою очередь уже может повлиять на мотивационное поведение, работу центров голода и жажды, центров полового поведения.

Немного истории вопроса. В 1989 году в результате народного восстания в Бухаресте произошла антикоммунистическая революция. В стране началась суматоха. Некоторым родителям пришлось отдать своих детей в детские дома. Причем либо сразу после рождения, либо в раннем возрасте.

Чуть позднее в Румынии проводились широкомасштабные исследования последствий пребывания ребенка в детском доме. Это очень известные работы. Возможно, многие из вас о них читали. Но коротко расскажу самую суть. На протяжении 12 лет исследователи наблюдали за 136 сиро-тами, одну половину из них поместили в семьи, а другую – оставили в детском доме.

Изначально состояние здоровья малышей из обеих групп было примерно одинаковым. И в семьях, и в детских домах исследователи поддерживали схожий уровень финансового благополучия. Но каким-то неясным образом в мозгу детей, оставшихся в детских домах, через восемь лет наблюдений оказалось в несколько раз меньше белого вещества (нервных волокон, проводящих сигналы между участками мозга), чем у тех, кто жил в семьях.

Нехватка белого вещества приводила к возникновению неврологических и психиатрических расстройств, в число которых входила даже шизофрения.

Исследователи предположили, что раз у детей изначально был примерно одинаковый уровень здоровья, значит, сработали какие-то факторы внешней среды.

Но реальность оказалась куда страшнее. Выяснилось, что недостаток внимания к детям со стороны матери (или других близких) в первые полтора-два года вызывает изменения в работе генов.

По одной из теорий, родитель и ребенок – это одна психофизиологическая система (до 12 лет!). Они соединены друг с другом связью, которую обеспечивает гормон окситоцин. Чем чаще мать прикасается к ребенку, поглаживает его, обнимает, тем больше окситоцина вырабатывается в его организме (да и в организме матери тоже). Окситоцин еще называют гормоном дружелюбия.

Но если этого не происходит, если ребенок остается без должного внимания, запускаются биохимические механизмы, которые могут исказить работу генов или просто выключить часть из них. Ничего себе история, не правда ли?

В более поздних исследованиях было доказано, что в подобных ситуациях у детей также чаще развивалась депрессия.

И тут возникает еще один хороший вопрос: получается, что характер ребенка – это гены, на которые влияет среда?

Канадский биолог Майкл Мини изучал, насколько сильно влияет материнская забота на развитие детенышей грызунов в первые недели с момента рождения. Так же, как и в исследовании с детским домом, часть крысят ученый забрал от матери. В норме мать-крыса вылизывает своих детенышей, почесывает, часто их касается. И лишившись такой заботы, крысята вырастали «ненормальными». Мы бы сказали «психически неуравновешенными». Они становились нервными, агрессивными и боязливыми (прятались в самые темные углы).

Все детеныши, получавшие материнскую заботу, развивались как и положено крысам. Они шли на контакт с сородичами, были энергичными, хорошо обучались и справлялись с заданиями. Что же случилось? Почему материнская забота оказала столь сильное воздействие на крысят?

Выяснилось, что у получивших заботу крыс лучше развилась область мозга под названием гиппокамп (она связана с запоминанием информации). Исследуя крыс, не получивших материнской заботы, ученые обнаружили, что внутри ДНК некоторых клеток произошли негативные изменения (в результате химических перестроек часть генов просто были выключены). По этой причине в гиппокампе уменьшилось количество рецепторов, восприимчивых к стрессовым гормонам. Из-за этого нервная система уже не могла адекватно реагировать на внешние раздражители. Иными словами, ситуации, в которых обычные крысы вели себя спокойно, вызывали у потомства, лишенного заботы, неадекватно сильный стресс.

Таким образом, механизм имеет чудовищно материалистическую природу. Только вдумайтесь: не заботимся о потомстве – и на ДНК садятся молекулы, блокирующие определенные гены! И мы сразу получаем проблемы с психикой.

Как оказалось, все описанное выше применимо и к человеку. Если в первые месяцы жизни дети лишались родительской заботы или подвергались насилию, они вырастали с какими-либо нарушениями в работе нервной системы. Более того, это формировало склонность к алкоголизму, наркомании, суицидам в их дальнейшей жизни.

У многих детей стрессы в раннем дошкольном возрасте могут быть вызваны болезнями (простудами, краснухой и так далее), режущимися зубами, даже кратковременной разлукой с матерью. Существует эволюционная теория, утверждающая, что мы обучаемся быть в стрессе с рождения. Потому что только дети, способные привлечь мать плачем, смогут получить должную порцию еды или внимания. Так выходит, что с рождения нас приучают к принципу «чтобы получить внимание или еду – надо плакать».

Излишне ранняя разлука с матерью (к примеру, в результате ее ухода из семьи) может служить одной из главных причин развития невроза. Доказано, что многие дети в возрасте от шести месяцев до двух с половиной лет испытывают психологическое беспокойство, если их отдают в ясли. Однако и гиперопека не идет ребенку на пользу: он становится слишком сильно зависим от родителей, что приводит к потере самостоятельности.

Итак, на развитии нашей нервной системы могут сказываться различные факторы. Но приведенные примеры показывают, что одним из ключевых является забота матери, близость с ней.

Вы никогда не задумывались, почему наши с вами головы имеют округлую форму?

Когда этот же вопрос задают студентам первых курсов биологических и медицинских факультетов, ответы получают самые разнообразные.

Например: «потому что это более обтекаемая форма», «с нее лучше соскальзывают капли дождя», «такая форма позволяет вращать головой в разные стороны», «потому что природа любит шарообразные формы». Последний вариант ответа ближе всего к вероятной истине.

Вы наверняка догадались, к чему этот разговор. Действительно, согласно законам физики и геометрии нашего мира, сфера – это фигура с наименьшей площадью внешней поверхности, но при этом вмещающая в себя наибольший объем. Других таких фигур нет. Именно поэтому звезды, планеты, крупные спутники имеют округлую форму.

Природа часто идет схожими тропинками. Вот и наш мозг эволюция постаралась компактно разместить в округлой голове. Нужно же упаковать 86 миллиардов нейронов! А борозды и извилины – это попытка разместить вещество еще компактнее, сморщив часть сферы. При этом каждая «морщина» имеет свой смысл. Мы еще вернемся к этому вопросу чуть позже.

Мы уже узнали, что первая волна гибели нейронов регулирует размер и без того немаленького мозга. Но зачем же тогда нужна еще одна?

В 1952 году итальянка Рита Леви-Монтальчини перевозила исследуемые образцы опухолей мышей. Ей предстоял длительный 10-часовой полет на южноамериканский континент, в Бразилию. Добравшись до Рио-де-Жанейро, она обнаружила, что за время полета рядом с фрагментом мышиной опухоли разрослись нервные клетки. Леви-Монтальчини догадалась, что есть некая химическая сила, которая заставляет клетки нервной системы расти. Позже в ходе кропотливых исследований ей вместе с талантливым биохимиком Стэнли Коэном удалось выделить белок, который они назвали фактором роста нервов (Nerve Growth Factor, NGF).

Сегодня мы знаем, что есть ряд белков, которые подсказывают нейронам, куда именно им нужно отращивать отростки. К каждой мышце должны прийти свои отростки клеток нервной системы. Ведь наш мозг управляет мышцами, железами и другими органами. Благодаря белку, фактору роста, нейрон находит клетку-партнера, с которой он должен связаться (ее также называют мишенью). Мишенью может быть как удаленный нейрон, так и клетка мышцы или органа.

В развивающемся мозге ветвящиеся и переплетающиеся отростки нейронов устанавливают связи с очень высокой точностью. Из-за наличия ряда био-химических молекул (наподобие NGF) длинный отросток нейрона, аксон, сразу и без ошибок находит свои мишени. Но в этом процессе есть один нюанс.

Количество молекул фактора роста достаточно ограничено. Оно определяется генетически. А нейрон может удлинять свои отростки, только если получает нужное количество таких молекул.

Представьте себе, что вы отправились за ягодами или грибами в незнакомый лес. Вы шли и развешивали на деревьях метки, чтобы с их помощью найти дорогу домой. Вот вы собрали целую корзину грибов и полное лукошко ягод и теперь идете обратно по своим меткам. И вдруг на середине пути ваши метки обрываются: кто-то специально или случайно их снял. Вы в растерянности и не знаете, куда идти дальше. Для нейрона такими метками служат биохимические молекулы фактора роста, они буквально ведут его к мишени, указывая дорогу. Так же, как человек рискует заблудиться и погибнуть в лесу, нейрон рискует не найти свою клетку-мишень и самоуничтожиться.

В мозге начинается настоящая борьба за ресурсы! Каждый нейрон хочет получить больше биохимических молекул-проводников. Но случается, что некоторые клетки не получают нужное количество молекул фактора роста, они слишком медленно отращивают аксоны. На этом этапе мозгу наиболее важно устранить самых слабых (скажем так – «медлительных»). И клетки, не успевшие связаться с мишенью, гибнут. Выбывает тот, кто вовремя не включился в работу. Вам это ничего не напоминает?

В биологии считается, что самая жесткая конкуренция – внутривидовая. За ресурсы сражаются все: государства, сообщества, отдельные люди. Почему? Потому, что ресурсы не безграничны.

Под ресурсами не обязательно понимается нефть, газ, вода или пища. Это может быть территория, доступ к интернету и даже половой партнер (есть, например, регионы, где больше людей того или иного пола). В мозге ресурсами для нейронов являются проводниковые молекулы фактора роста (и другие молекулы). И в борьбе за них гибнут миллиарды нейронов.

Рис. 4. Схематическое изображение строения нейрона

Отложите книгу на несколько минут и подумайте над этим явлением.

Становится жутковато, когда начинаешь думать о том, что наши собственные клетки сражаются друг с другом за ресурсы! Но мы столкнемся с подобным явлением еще не раз – при рассмотрении других примеров работы мозга. Впереди нас ждут и более впечатляющие факты!

Итак, мы выяснили, что самые цепкие и быстрые нейроны получают достаточное количество факторов роста и успешно формируют связи. Так они и выживают.

Связи между нейронами

Важно сказать несколько слов о том, какие именно связи устанавливают нейроны. Это пригодится в дальнейшем для понимания процессов памяти и внимания.

Давайте кратко рассмотрим строение нервной клетки. На самом деле принципиально нейрон ничем не отличается от любой другой клетки.

Содержимое нейрона помещено в мембрану, состоящую из двух слоев липидов (жироподобных молекул) с погруженными в них белками. Представьте себе двухслойный полиэтиленовый пакет, заполненный водой, в которой плавают овощи. Так вот, мембрана по толщине сопоставима с полиэтиленовым пакетом (с поправкой на масштаб). А овощи представляют собой органоиды (по сути, это внутренние органы клетки). Жидкость клетки называют цитоплазмой.

Вы, возможно, удивитесь, но в состав мембраны клетки входит холестерин. Да, тот самый, о вреде которого так много говорят уже не первое десятилетие. На самом деле холестерин жизненно важен и вопрос о его вреде и пользе намного сложнее, чем считалось ранее. Из молекул холестерина синтезируются некоторые гормоны. Влияет он и на обмен веществ. А также выполняет структурную функцию, являясь частью клеточной мембраны. Именно поэтому важно, чтобы мы получали с питанием правильные жиры (например, жирные кислоты омега-3).

Рис. 5. Накручивание ДНК на катушки (или нуклеосомы), состоящие из белков гистонов

В цитоплазме, обычно ближе к центру клетки, размещается ядро с хромосомами. Это упакованные с помощью белков гистонов молекулы ДНК. На эти белки молекулы ДНК спирально накручиваются, как на катушки, а затем еще несколько раз укладываются (рис. 5). Если распутать молекулу ДНК и вытянуть в нить, ее длина составит около двух метров!

Вокруг ядра находятся органоиды клетки, синтезирующие белок (их называют рибосомами). Также в клетке есть аппарат Гольджи – структурный комплекс, похожий на набор микроскопических цистерн. В аппарате Гольджи к белкам присоединяются молекулы сахаров, остатков ортофосфорной кислоты. Все это нужно для того, чтобы в дальнейшем белки могли работать в разных частях клетки и выполнять специфические функции.

Белки – главные строительные элементы организма. По сути, гены (последовательности внутри ДНК) кодируют информацию о белках, а белки выполняют практически все физиологические функции в нашем организме. Они транспортируют кислород, строят соединительные и мышечные ткани организма, увеличивают скорость химических реакций. Ферменты – тоже белки. И ряд гормонов является белками.

Вы можете удивиться, но на самом деле информация о наших внешних признаках (цвет глаз, структура волос, рост, величина мышечной массы и так далее), записанная в ДНК, – это своего рода программа для строительства белков. Наш внешний вид и поведение – это белки! Даже память и внимание – белки!

В общем, с этого белкового корабля нам никуда не деться. Мы и есть этот корабль с ног до головы.

На рис. 6, схематично показаны матричные (связанные с ДНК) процессы в клетке. Они называются так, потому что молекула ДНК выполняет роль матрицы-шаблона, с которой считывается информация.

Рис. 6. Матричные процессы в клетке

Мы видим, что с ДНК синтезируется РНК. Затем с этой самой молекулы РНК (она выступает матрицей-шаблоном) на органоидах-рибосомах происходит синтез белка. Запомните эту схему, мы еще вернемся к ней чуть позже, когда будем говорить о памяти.

Также в нейроне есть митохондрии. В них синтезируются молекулы, снабжающие клетку энергией.

Рис. 7. Схематическое изображение разных типов синаптических контактов (шипиков)

Органоиды в нейроне работают на то, чтобы клетка могла создавать новые отростки и синтезировать ряд важных веществ.

Нервные клетки связываются друг с другом различными путями. Большинство нейронов передают сигнал друг другу с помощью электрических и химических структурных соединений – синапсов. Иногда в популярной литературе синапсы называют шипиками. Еще в мозге эмбриона нервные клетки в первую очередь отращивают именно шипики (синапсы) (рис. 7).

Чаще всего в нервной системе встречаются химические синапсы.

Химический синапс – место, где мембраны двух нейронов располагаются очень близко друг к другу, но при этом напрямую не соприкасаются (рис. 8).

В некоторых случаях синапс может состоять из мембраны нейрона и мембраны другой клетки (которую он обычно активирует). Одним из примеров является нервно-мышечный синапс. Это путь, по которому мышце передается команда действовать. Отросток нейрона отправляет импульс к синапсу, и в результате мышца сокращается.

Рис. 8. Строение синапса (схема)

На рис. 8 мы видим, что в месте контакта мембраны имеют специальные утолщения. Они похожи на своеобразные присоски. Между мембранами есть пространство: его называют синаптической щелью. Ширина синаптической щели может достигать около 40 нанометров (нм). Это совсем немного. Для сравнения: ширина двойной спирали ДНК около 2 нм. Получается, что ширина синаптической щели в 20 раз больше и, соответственно, в нее умещается только 20 молекул ДНК. А ведь туда еще надо «загрузить» молекулы нейромедиатора…

Чтобы запустить процесс передачи нервного импульса, необходимо вещество-посредник – его называют нейромедиатором. В синаптическую щель из отростка передающего нейрона выбрасывается нейромедиатор. Он связывается с молекулами-рецепторами на поверхности отростка принимающего нейрона подобно тому, как замок сочетается с ключом. Это и есть передача информации через синапс.

Связывание нейромедиатора с рецепторами приводит к тому, что в мембране отростка принимающего нейрона открываются специальные поры (каналы), пропускающие заряженные частицы (ионы). Из-за этого возникает изменение мембранного потенциала (формируется разница зарядов на внутренней и внешней поверхности мембраны). Волна возбуждения следует далее, перемещаясь по мембране отростка нейрона. Попеременно открываются и закрываются каналы на все более удаленных участках по ходу отростка. Каждый последующий участок возбужденной мембраны как бы заставляет соседа изменить заряд. Так и происходит перемещение нервного импульса по отростку нейрона дальше к другой клетке.

Это очень упрощенная схема, но она показывает, что в таком контакте передача возбуждения происходит иначе, чем, например, в электрических проводах. Здесь нужны биохимические молекулы – нейромедиаторы. Они как раз и открывают поры, регулирующие потоки заряженных частиц.

Но есть и электрические синапсы. Их совсем немного в нервной системе человека.

В электрическом синапсе мембраны двух нейронов располагаются очень близко друг к другу, и синаптическая щель узкая – менее 4 нм. Это в 10 раз меньше, чем у химического синапса. Поэтому в таких контактах возможно возбуждение мембраны соседнего нейрона и передача импульса от одного нейрона к другому напрямую, без посредника.

Пожалуй, единственное преимущество электрических синапсов перед химическими состоит в том, что они проводят нервные импульсы быстрее. Однако в некоторых случаях сигнал может ослабевать.

В химических синапсах используются разные нейромедиаторы в разном количестве, и вместе с тем могут открываться поры для различных ионов. Все это позволяет более тонко настраивать передачу информации. Именно поэтому подавляющее большинство наших синапсов химические.

Каждый день в первые месяцы после рождения в мозге ребенка возникают миллионы новых синапсов. 86 миллиардов нейронов выбрасывают ответвления, как щупальца, в поисках многочисленных отростков других клеток для передачи сигналов.

Например, синаптическая плотность (количество контактов) в зрительной коре достигает своего пика приблизительно в возрасте 9–15 месяцев. Затем она снижается, приближаясь к уровню взрослого человека.

Параллельно с образованием новых синапсов в мозге происходит уничтожение старых (прунинг). Наиболее активно этот процесс протекает в возрасте до 11–13 лет (до начала полового созревания). Прунинг позволяет стабилизировать уже имеющиеся нейросети. Такая обрезка синапсов на физиологическом уровне также обеспечивает процессы обучения.

Образование новых синапсов и их разборка происходят неравномерно, но с некоторой периодичностью. Мозг сотрясают последовательные волны производства и уничтожения синапсов. Каждая волна связана с определенным критическим периодом развития. Это своеобразные физиологические окна возможностей для обучения. Полагают, что в эти моменты мозг наиболее восприимчив к обучению разным типам деятельности: ходьбе, речи, чтению, сложным движениям и так далее.

Физиологические окна имеют свойство закрываться за счет приостановки создания (и разборки) синапсов. Так, если ребенок не слышал достаточное количество речи в возрасте до 3–4 лет, потом практически невозможно научить его полноценно разговаривать. Отсюда и возник описанный еще в XIX веке феномен детей-маугли.

Между 7 и 12 годами происходит последний крупный всплеск образования синапсов. В этот период наблюдается существенный прирост серого вещества коры головного мозга. Собственно, тела клеток и синапсы в коре мозга и есть серое вещество.

В период между 12 и 13 годами, помимо разборки старых синапсов, мозг избавляется и от большого числа нейронов.

Именно к 11–13 годам мы наблюдаем особые изменения в мышлении и поведении подростков. Дети становятся совершенно другими.

Профессор Гарвардского университета Говард Гарднер предложил весьма емкое и функциональное определение зрелости: «Момент, когда лишние клетки ликвидированы и изначально необходимые синаптические связи полностью установлены».

После 11–13 лет количество синапсов начинает стремительно уменьшаться. На снимках МРТ мы отчетливо видим, как снижается количество серого вещества. Особенно это выражено в возрасте 18–20 лет. Длинные отростки нервных клеток (аксоны) обволакивает жироподобное вещество – миелин. Так вокруг аксонов формируются своего рода изолирующие капсулы. Это как резиновая изоляция электрического провода. Только в случае с аксонами есть одно отличие: изоляция из миелина не сплошная – остаются оголенные участки (перехваты). Импульс на самом деле не бежит, а как бы перескакивает от одного перехвата к другому. Поэтому энергия нервного импульса не рассеивается, а движется скачками напряжения.

Итак, взрослый мозг = меньше синапсов + много миелина

Подобное строение аксона увеличивает скорость распространения нервного импульса с 0,5 до 120 метров в секунду! Такой мозг начинает значительно эффективнее связывать разные части нервной системы друг с другом. Отсюда мы получаем выигрыш в скорости обработки информации и быстроте реагирования.

Согласно одной из теорий, у вундеркиндов процесс образования миелиновых оболочек происходит быстрее, чем у других детей. По этой причине их мозг раньше становится «взрослым», что внешне проявляется в их поведении.

Гиперсвязанность, или Найти дорогу к дому

Говоря простым языком, рецепторам изначально все равно (или почти все равно), куда отправлять информацию. Когда ребенок смотрит на тарелку с кашей, его глаза могут отправлять сигналы не только в зрительную кору (затылочная область), но и в слуховую (височная область). Возникает функциональная синестезия, то есть смешение потоков восприятия. В таком случае ребенок не только видит тарелку, но и «слышит» ее. По мере взросления у малыша постепенно усиливаются связи между глазами и зрительной корой. Одновременно с этим идут процессы разборки синапсов, постепенно выстраивающие пути зрительного и слухового восприятия. Так глаза обучаются только видеть, не «вмешивая» в информационный поток звук.

Есть люди, у которых способность «слышать» предметы зрением сохраняется во взрослом возрасте. Предполагают, это обусловлено тем, как еще в эмбриональном периоде (и раннем детстве) строились связи от органов чувств.

Таким образом, мозг можно представить в виде города, в котором множество домов и бесчисленное количество дорог. Представьте: однажды вы ушли в гости к новому знакомому и потом долго не могли найти путь назад. Вы стерли ноги, прошли сотни дорог, пока наконец не обнаружили свой дом (нужный вам нейрон). Вы постарались запомнить маршрут, чтобы впредь не теряться. И стали чаще ходить одной и той же дорогой. Постепенно другие дороги перестали для вас существовать.

Обнаружив однажды самую удобную и быструю дорожку, мозг постепенно разбирает другие. Причем нужную дорогу он всячески облагораживает, расширяет. И это не просто образное сравнение: мозг действительно может расширять дороги. Как вы догадались, под дорогами мы понимаем связи между клетками. Такие нужные синапсы способны за счет пластичности перестраиваться, становиться объемнее и толще. Прунинг потом уберет ненужные связи.

Развитие мозга заканчивается приблизительно к 25 годам. В этот период прекращается образование миелиновых оболочек (изоляторов) вокруг отрост-ков нервных клеток. Основные цепи построены и стабилизированы. Лобные доли, обеспечивающие высшие познавательные функции, окончательно сформированы.

В этом возрасте мозг на пике своего могущества. Примечательно, что Исаак Ньютон сделал практически все крупные открытия в возрасте до 25 лет! Далее же он занимался лишь дополнениями и расширениями уже открытых им (и другими учеными) закономерностей.

С другой стороны, в науке немало примеров, когда ученые совершали прорывные открытия и в более позднем возрасте. Но даже в этих случаях можно предположить, что, согласно современной нейрофизиологической концепции, основные интеллектуальные функции и навыки у людей были сформированы в возрасте до 25 лет.

Однако не печальтесь. Хоть ваш мозг и пройдет пиковую стадию развития в 25 лет, это не значит, что нужно опускать руки. Возможно, вам осталось совсем чуть-чуть до главного достижения, и за счет имеющихся профессиональных навыков, отточенных до предела, вы за несколько лет достигнете цели. Да, вероятно, до 25 лет мозг максимально гибкий и податливый, но после этого рубежа он еще долго может служить вам и окружающим как эффективный инструмент. Главное – не запускать ситуацию. В мозг необходимо постоянно загружать качественную информацию, позволяющую «пересобирать» имеющийся опыт и вырабатывать новые навыки.

Я полагаю, что путь в науку, да и в философию, только один: встретить проблему, увидеть, как она красива, и влюбиться в нее; обвенчаться с нею и жить счастливо, пока смерть не разлучит вас, – если только вам не суждено будет увлечься другой, более красивой проблемой или отыскать решение первой.

Карл Поппер

Зачем мозг отгораживается от всего организма

Помимо проводящих возбуждение синапсов, клетки нервной системы формируют структуру мозга с помощью других типов контактов. Для соединения друг с другом они используют плотные контакты, названные так из-за близкого прилегания клеток друг к другу в этом месте. По строению они схожи с электрическими синапсами.

В области плотного контакта мембраны нейронов находятся на расстоянии 3–5 нм. Это создает барьер для проникновения больших молекул. Таким образом, клетки химически изолированы друг от друга. Через такие контакты нервный импульс не передается.

В 1885 году немецкий врач Пауль Эрлих ввел краситель в кровь крысы и обнаружил, что все внутренние органы окрасились, а мозг нет.

Его ученик Эдвин Голдман провел похожий эксперимент, однако он ввел краситель непосредственно в спинномозговой канал. В результате мозг окрасился в синий цвет и весь краситель оставался в нем. При этом остальные органы не окрасились.

На основе полученных данных Голдман предположил, что между мозгом и кровью (омывающей все органы) существует барьер – своего рода стена. Получалось, что мозг, словно иноземец, отгораживался от остального организма. Но зачем?

В 1898 году врачи-исследователи Артур Бдиль и Рудольф Краус показали, что при введении желчных кислот в кровеносное русло опасных последствий для мозга не возникало. Но прямая инъекция в ткань мозга вызывала кому. Иными словами, токсический эффект.

В 1921 году швейцарская и советская исследовательница Лина Штерн в сообщении женевскому медицинскому обществу писала:

Между кровью с одной стороны и спинномозговой жидкостью с другой есть особый аппарат, или механизм, способный просеивать вещества, обыкновенно присутствующие в крови или случайно проникшие в нее. Мы предлагаем называть этот гипотетический механизм, пропускающий одни вещества и замедляющий или останавливающий проникновение других веществ, гематоэнцефалическим барьером.

Термин «гематоэнцефалический барьер» (ГЭБ) вошел в научный обиход. Но долгое время многие особенности функционирования ГЭБ оставались неясны. Ученые и врачи до второй половины XX века и не подозревали, сколько хлопот он доставит современной терапии заболеваний мозга, хотя и осознавали физиологическое значение барьера. Им оставалось лишь ждать новых методов исследований.

Впоследствии выяснилось, что в организации ГЭБ активное участие принимают вспомогательные клетки мозга. Их называют глиальными. Они не могут передавать нервный импульс и вместо этого служат помощниками для нейронов, доставляя питательные вещества, нейромедиаторы, удаляя метаболиты.

Кто в мозге охраняет границы?

Давайте разберемся, из чего складывается барьер и почему с ним столько хлопот у медиков XXI века.

Рис. 9. Схематическое изображение ГЭБ (поперечный срез сосуда)

ГЭБ преимущественно складывается из клеток эндотелия (выстилающих кровеносные сосуды), перицитов (клетки соединительной ткани) и астроцитов (вспомогательные глиальные клетки).

Многим из нас кажется, что кровеносные сосуды похожи на колбы. Мы все хорошо знаем, что у большинства известных нам жидкостей нет ни малейшего шанса просочиться через стекло, ведь оно непроницаемо для влаги. Даже в школьном кабинете химии все мерные сосуды стеклянные. Мы не берем в расчет специфические кислоты, такие как плавиковая, которая представляет собой соединение фтора и водорода (HF). (Это крайне агрессивная жидкость, способная при некоторых условиях разъедать даже стекло; хоть она и не входит в разряд сильных кислот, эта кислота очень токсична для человека.) Ее можно отнести к экзотическим исключениям.

Итак, с колбами мы разобрались. А что же с сосудами?

Методами электронной микроскопии удалось обнаружить промежутки и даже настоящие щели (до 1000 нм) в сосудах большинства тканей. Вспомните, для сравнения, в химическом синапсе щель около 40 нм. И туда еще помещаются рецепторы и нейромедиаторы! А тут целых 1000 нм! Через эти щели во многих органах циркулирует вода с растворенными в ней соединениями.

Рис. 10. Схематическое изображение ГЭБ (продольный срез сосуда)

В сосудах мозга же никаких промежутков нет (ни больших ни малых). Все запаяно и состыковано, молекула к молекуле. И тут как раз срабатывает эффект стеклянной колбы.

Такая стыковка осуществляется за счет плотных контактов. Белки, словно плотными шелковыми нитями, сшивают мембраны соседних клеток.

Клетки астроциты держатся от сосуда чуть в стороне, оставляя небольшой просвет (около 20 нм). Из-за многочисленных отростков астроциты похожи на малюсенькие звездочки. На концах отростков находятся пластинчатые расширения, которыми они и обхватывают сосуд (оставляя, как уже было упомянуто, небольшой зазор).

Эти пластинчатые расширения подгоняются друг к другу так, чтобы образовывалась единая, опоясывающая кровеносный сосуд структура. Отростки астроцитов можно сравнить с присосками. Эти ножки с присосками вытягивают из крови нужные нейронам питательные компоненты. Сама нервная клетка не может активно питаться. Ее кормят астроциты.

Таким образом, у нас возникает труба в трубе с зазором – своеобразный трехслойный барьер. Можно подумать, что он ничего не пропускает. Но на самом деле ГЭБ свободно пропускает некоторые относительно некрупные молекулы (воды, мочевины, глицерина, кофеина, ряда аминокислот и других веществ). Они проходят через плотные контакты между клетками эндотелия.

Получается, наша колба, хоть и «спаяна» без промежутков, имеет свои особенности. Она создана бабулей-природой, чтобы пропускать только нужное.

Это связано с тем, что мембраны клеток состоят не из оксида кремния, как стекло, а из гораздо более крупных органических молекул (между ними, кстати, тоже есть небольшие зазоры). Мембраны могут избирательно погружать в себя ряд веществ. Так некоторые молекулы и транспортируются мембраной.

Существует еще несколько вариантов переноса веществ (все мы подробно рассматривать не будем, чтобы не перегружать материал терминологией). Например, активный транспорт осуществляется за счет специфических белков-транспортеров. Они связываются с веществом и протаскивают его через мембрану. Как видите, самостоятельно вещество проникнуть из сосуда (или обратно) не может. Только связавшись со специальным белком. Белок-транспортер можно сравнить с ключником или сторожем.

И вся эта замысловатая система работает, чтобы отгородить мозг от патогенов и токсинов. Да-да, именно от них. Вообще, мозг – настоящий эгоист: сам отгородился, а другие пусть мучаются (в других-то органах просветы в сосудах есть)!

Лишь небольшая часть бактерий способна обходить ГЭБ (например, менингококки, пневмококки, кишечные палочки). И, к сожалению, все они так или иначе могут вызвать энцефалит (воспаление ткани мозга) и менингит (воспаление оболочек, окружающих мозг).

И тут мы подходим к другой важной проблеме: как бороться с уже проникшими в мозг опасными микроорганизмами? Ведь ГЭБ задерживает и многие лекарства!

Бич современной нейрофармакологии

Лекарственная терапия требуется при многих заболеваниях мозга, в том числе когда человек подхватил инфекцию, распространившуюся в мозговой ткани. И в рамках этой терапии должны использоваться препараты не только эффективные, но и способные пробиться через «вредный» барьер. Все это, естественно, значительно увеличивает их стоимость.

Ученым приходится изобретать хитроумные способы обхода ГЭБ. Чтобы пересечь барьер, вещество должно либо не превышать массу 500 кДа[1], либо иметь возможность подключиться к естественным механизмам (например, к белкам-транспортерам).

98 % современных препаратов не удовлетворяют этим требованиям, соответственно, они не в состоянии оказывать лечебное воздействие в мозге. Непростая задачка для ученых?

Интересно, что большинство антидепрессивных, антипсихотических и снотворных средств проходят ГЭБ. Именно с этим связаны успехи фармакологической терапии психических нарушений (на счастье психотерапевтам).

Но ученые – люди упрямые и изобретательные, так что им удалось найти несколько хоть и изощренных, но достаточно эффективных способов преодолеть ГЭБ. Для этого используют микроскопические газовые пузырьки. Они попадают в мозг с помощью соляного раствора, а затем, благодаря ультразвуку, их приводят в состояние вибрирующего движения. Это позволяет им пересечь ГЭБ.

Другой вариант транспорта лекарственных средств через ГЭБ называют троянским конем (да, термин происходит от названия знаменитого мифического деревянного коня, созданного греками во время Троянской войны): лекарственный препарат маскируют присоединенным к нему белком-транспортером и спокойно переправляют через ГЭБ. Сторож-ключник сам открывает нам ворота.

Нанотехнологии обыгрывают ГЭБ

В последние годы ведутся разговоры о создании липосом со специальными наночастицами. Липосомы – это полые сферы, оболочка которых состоит из жироподобных соединений, очень схожих с естественной мембраной живых клеток. Липосомы способны сливаться с мембраной клетки (поскольку они схожи по структуре) и впрыскивать наночастицы прямо внутрь нее. Также клетка может просто поглощать некоторые липосомы. В любом случае – ГЭБ преодолевается.

Предполагают, что наночастицы (размером до 100 нм) могут оказаться весьма эффективными в борьбе с некоторыми видами рака мозга.

На сегодняшний день описанные технологии являются экспериментальными. Вполне вероятно, что лет через десять они получат широкое распространение.

А если ГЭБ, наоборот, ослаблен или поврежден?

Вообще, ГЭБ нужен нам не только для того, чтобы защитить мозг от микроорганизмов и токсинов. В кровеносном русле могут циркулировать нейромедиаторы. Так вот, они ни в коем случае не должны проникать в нервную ткань. В противном случае это приведет к изменению активности нейронов. Представьте себе салют из нейромедиаторного коктейля у вас в голове: искры, молнии, виртуальные взрывы, галлюцинации… Чтобы такого не случилось – работает ГЭБ.

В норме ГЭБ не пропускает лейкоциты (иммунные клетки) и эритроциты. У больных рассеянным склерозом проницаемость ГЭБ для клеток иммунной системы увеличена. По этой причине иммунные клетки (Т-лимфоциты) мигрируют из сосудов вглубь мозговой ткани. В результате в тканях мозга увеличивается количество молекул, вызывающих воспаление. А дальше начинается самое страшное: к процессу подключаются другие иммунные клетки – В-лимфоциты. Они секретируют молекулы против миелиновых оболочек.

Это приводит к тому, что со временем изоляционная капсула разрушается и передача импульсов замедляется (а то и вовсе приостанавливается). У человека постепенно «выпадают» умственные функции: ухудшается память, появляется забывчивость, рассеянность. Если затронуты проводящие пути двигательной системы, у пациента может парализовать конечности. В конечном счете заболевание зачастую приводит к остановке дыхания и смерти.

Как бы драматично это ни звучало, но наш мозг убивает собственная кровь, приносящая с собой иммунные клетки.

Есть и обратные случаи, когда ГЭБ изменяется под воздействием других патологических процессов. Например, при сахарном диабете перестраиваются мембраны клеток эндотелия, являющихся частью ГЭБ. Это приводит к изменению проницаемости барьера.

Как мы видим, с гематоэнцефалическим барьером все очень непросто. С одной стороны, его необходимость бесспорно оправдана, но с другой – иногда его наличие сильно бьет по кошелькам пациентов, вынужденных обращаться к дорогим лекарствам или помощи высоких технологий.

Интересно, что клетки глии выполняют не только барьерную функцию, но также помогают очищать организм от вредных веществ. Сегодня считается, что одна из причин развития болезни Альцгеймера – накопление белковых бляшек. Это такие клубочки, собранные из слипшихся вместе молекул белка бета-амилоида. Они накапливаются в мозге и повреждают нервные клетки.

Белковые молекулы бета-амилоидов – это продукты отходов жизнедеятельности клеток мозга. Ранее предполагалось, что эти вредные белки перерабатываются самими клетками. Но в 2014 году Джефф Айлифф и Рашид Дин представили данные исследований, указывавшие на то, что на самом деле бета-амилоиды вымываются из мозга с помощью клеток глии. Спинномозговая жидкость циркулирует в пространстве между сосудом и клетками, обеспечивающими ГЭБ. Через поры в клетках глии жидкость просачивается в ткани мозга, а затем вымывает оттуда молекулярные отходы.

В ходе экспериментов на мышах удалось выяснить, что во время сна процесс вывода вредных веществ из мозга происходит на 40 % эффективнее. Это стало убедительной демонстрацией пользы сна. А также заставило иначе смотреть как на природу сна, так и на последствия постоянного недосыпания. Фактически, не позволяя себе регулярно высыпаться, мы повышаем риск развития болезни Альцгеймера.

Исследователи из университетов Стони-Брук (Нью-Йорк) и Рочестера (Осло) выяснили, что у животных процесс вывода вредных веществ из мозга эффективнее всего происходит, когда они лежат на боку.

Кстати, при заболеваниях поясничного отдела позвоночника специалисты тоже советуют спать на боку, вытянув одну ногу и согнув в колене другую. Одну руку рекомендуется положить под голову, а вторую – на кровать.

Справедливости ради нужно добавить, что весной 2019 года появились сообщения о том, что препараты, призванные блокировать накопление опасного бета-амилоида, не прошли испытания. Так, в своем обзоре Раймонд Теси ссылается на то, что у 40 % людей с деменцией вообще не было обнаружено накопления опасных бета-амилоидов, и это ставит под сомнение справедливость амилоидной теории. Есть предположение, что болезнь Альцгеймера может быть связана с воспалительными процессами в нервной ткани. Вероятно, мы сейчас стоим на пороге переосмысления причин одной из главных болезней XXI века. Но поскольку эти данные достаточно свежие и нуждаются в перепроверке, я бы не стал списывать со счетов накопленные знания о бета-амилоидах. В любом случае по ночам мозг зачем-то избавляется от них и других метаболитов. Поэтому рекомендация спать регулярно все же пока остается в силе.

Кто нас будит поутру?

Как мы с вами выяснили, мозг отгораживается от крови барьером, защищая свои клетки от вредных веществ. Ранее мы также обнаружили, что мозг состоит из миллиардов нейронов, вокруг которых есть глиальные клетки. Это вспомогательные клетки-обеспечители, их в десятки раз больше, чем нейронов.

А что же с клетками мозга? Как они организованы?

Нервные клетки связываются различными контактами, самые распространенные из них – синапсы. Существуют нейроны, способные синтезировать несколько нейромедиаторов. Они были обнаружены сравнительно недавно. Многие нервные клетки используют в работе лишь один тип молекул-посредников. И эти нейроны так и называют по имени используемого ими нейромедиатора. Если в синапс выбрасывается серотонин, это серотониновый нейрон. Если дофамин – дофаминовый. Далее нейроны объединяют в системы в зависимости от того, какой нейромедиатор они используют.

Вообще, весь мозг можно представить, как обширную сложную сеть из клеток. Все клетки внутри мозга связаны друг с другом за счет синапсов и других контактов. Нейроны, работающие на том или ином нейромедиаторе, являются своего рода подсетью. К примеру, за ожидание награды (заработной платы, выигрыша в лотерею) отвечает дофаминовая система. Ее нейроны представлены в разных структурах мозга. Их всех объединяет один нейромедиатор – дофамин. Сеть серотониновых нейронов выполняет много функций. Она играет главную роль в регуляции настроения. Если нарушен синтез серотонина, у человека может начаться депрессия.

В самом центре ствола мозга (это глубинные структуры, связанные со спинным мозгом) находится удивительная группа клеток под названием «ретикулярная формация».

Она похожа на цепь, пронизывает весь ствол мозга и отсылает возбуждающие сигналы в кору больших полушарий. Другими словами, ретикулярная формация как бы держит кору больших полушарий в тонусе. Она говорит: «Подруга, не спи, будь начеку! Реагируй на стимулы своевременно».

Ретикулярная формация получает информацию от всех органов чувств, мышц, сосудов, оценивает ее, фильтрует и передает в вышележащие центры мозга. Ее функции чрезвычайно обширны. По последним данным, в состав ретикулярной формации входит около 100 различных ядер (функциональных центров, представленных скоплениями тел нервных клеток). Фактически, если происходит серьезное нарушение работы этой структуры, человек оказывается «оторванным» от ощущений. При повреждении ретикулярной формации нарушаются процессы эмоций, силы воли, памяти, внимания и обучения.

На вопрос, кто в мозге будит нас по утрам, ответ будет – ретикулярная формация. Внутри нее кроется спусковой механизм, помогающий нам проснуться, включиться в жизнь, начать что-то делать.

В середине XX века Джузеппе Моруцци и Гораций Мэгун обнаружили, что во время электрической стимуляции ретикулярной формации у животных, находящихся под наркозом, показатели активности мозга сменялись со сна на бодрствование.

Рис. 11. Структуры ретикулярной формации (схема)

Представьте себе такую ситуацию: вы очень утомились после долгого рабочего дня и вам совершенно не хочется ничего делать. Но вдруг звонит человек, которого вы некогда сильно любили, и предлагает встретиться. И внутри вас все как будто оживает, сознание становится ясным. И вот вы уже совершенно бодры и мчитесь на встречу.

Это ретикулярная формация заставила кору проснуться и мобилизовать силы. В свое время нейрохирурги были ошеломлены тем, как просто оказать влияние на ретикулярную формацию и состояние человека. Было установлено, что, если во время операций на мозге сделать разрезы в коре полушарий и даже удалить часть мозговой ткани, пациент не потеряет сознание. Если же скальпель хирурга заденет определенные структуры ретикулярной формации, человек провалится в глубокий сон.

Внутри ретикулярной формации выделяют так называемые ядра шва, нейроны которых работают на серотонине. В ходе некоторых исследований удалось обнаружить, что подавление синтеза серотонина в этих ядрах может вызывать бессонницу.

Таким образом, ретикулярная формация не только поддерживает постоянную умеренную активность коры и всего мозга, но и участвует в регуляции циклов сна и бодрствования. Справедливости ради отмечу, что в этом процессе участвуют и такие структуры, как таламус и гипоталамус, но о них чуть позднее.

Энергетическое сердце нашего мозга

Ретикулярную формацию смело можно назвать энергетическим сердцем нашего мозга. Все восходящие волокна, направленные от органов чувствительности к коре, имеют ответвления, заканчивающиеся на поверхности клеток ретикулярной формации. Из-за такой структуры любые внешние стимулы оказывают на нее возбуждающее действие.

Ретикулярная формация является и своего рода накопителем потенциальной энергии. В ней как бы происходит «зарядка энергетического сердца», что и определяет степень работоспособности коры.

Некоторые специалисты полагают, что ретикулярная формация не позволяет нам долго оставаться спокойными. Она направляет в вышележащие подкорковые структуры и кору мозга накопленную энергию, которая расходуется на конкретные действия: поиск пищи, борьбу за выживание. Но важно понимать, что сегодня человеку не нужно бороться за выживание и постоянно думать о поиске пищи. Нам могут угрожать лишь совершенно случайные факторы. Выходит, что энергия, производимая ретикулярной формацией, не задействована по ее прямому эволюционному назначению и заставляет нас тревожиться на пустом месте. А поводы для переживаний нам подкидывают социальные стереотипы, реклама, неодобрительные слова родителей, критика знакомых.

В связи с этим современному человеку необходимо научиться отделять реальные препятствия и задачи от надуманных. Только так можно направить энергию ретикулярной формации в правильное русло и достичь результата.

Давайте рассмотрим, как это работает, на простом примере. Некоторые люди говорят мне, что боятся заболеть раком. Я у них спрашиваю: а что такое рак? И многие из них даже не знают, что это такое. Они пытаются объяснять, но, как правило, их представления об этом заболевании неверны.

Тогда я спрашиваю: как же вы можете бояться того, чего не знаете? На что они отвечают, что боятся страданий, боятся умереть. Подумайте над этими ответами…

Как вы могли заметить, на самом деле они боятся за свою жизнь, то есть не самого рака, а последствий его возникновения. Хотя при этом даже не очень понимают, как эта болезнь развивается внутри организма.

Итак, мы не можем бояться того, что не можем понять.

Я предлагаю вам сегодня дома или в любом другом комфортном для вас месте спокойно сесть, взять листок бумаги, поделить его пополам и выписать слева ваши реальные страхи, а справа – мнимые. Критерием отбора должна быть ваша способность понять страх.

Приведу еще несколько примеров.

Можете ли вы бояться заразиться столбняком? Ответ – нет. Во-первых, вы никогда его не видели, во-вторых, вы с ним вряд ли сталкивались. А если и сталкивались, то боитесь, вероятно, неприятных ощущений, которые когда-то испытали. В таком случае на самом деле вы боитесь дискомфорта.

Рис. 12. Схематичный вариант визуализации волокон ретикулярной формации (воспроизведенный художником)

А вот если на вас регулярно поднимает руку подвыпивший муж или отец – это реальный страх. Как правило, реальные страхи связаны с воздействием других людей или реальных живых существ. Вы можете бояться, например, укуса агрессивной соседской собаки. Это тоже реальный страх.

Подумайте: страх совершить ошибку является выдуманным или реальным? Мы ведь часто испытываем подобное ощущение.

Обсудите получившиеся результаты с вашими друзьями и близкими или с кем-то, кому вы доверяете.

А теперь давайте вновь вернемся к миру нейрофизиологии.

Ретикулярная формация помогает нам заставить себя взяться за дело. Создавая внутри себя правильные мотивации для работы и обучения, мы активируем структуры ретикулярной формации, благодаря чему держим себя в тонусе. Правильно подобранная мотивация позволяет вам расходовать меньше энергии. Мозг начинает выстраивать оптимальные и энергосберегающие механизмы активности. Сама же мотивация тесно связана с нашими эмоциями.

Важно отметить, что в последние годы сканирующие методы исследования продвинулись далеко вперед. В 2018 году в НИИ нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко впервые на группе здоровых людей была разработана методика визуализации очень тонких пересекающихся волокон сетчатой структуры ретикулярной формации. Эта методика дала врачам мощный инструмент для оценки степени поражения головного мозга. Такие данные позволяют отразить исход восстановления сознания, а также интеллектуальной и эмоциональной сферы человека. Это приближает нас к более персонифицированному уровню диагностики.

Сознание в мозге

Долгое время исследователи искали в мозге тот самый, заветный «центр сознания». В психологии и психофизиологии сознание определяется как наше осознание себя (в конкретный момент времени и/или конкретном месте), а также как способность понимать окружающий мир.

Если совсем просто, есть два смысла, которые приписывают слову «сознание». Во-первых, можно рассматривать его как состояние бодрствования. Считается, что во время сна мы без сознания. Мы говорим: человек был без сознания, а потом пришел в себя.

В статье 2006 года Барбара Джонс указывает, что ретикулярная формация играет одну из ведущих ролей в обеспечении бодрствования благодаря проекционным волокнам, поднимающимся через таламус в кору. Вслед за классиками Моруцци и Мэгуном современные авторы рассматривают ретикулярную формацию как ключевую структуру, обеспечивающую функцию сознания (то есть бодрствования).

Есть сообщения из медицинской практики о том, что стимулирование структуры больших полушарий под названием «ограда» (лат. claustrum) приводит к прекращению мыслительной деятельности и потере сознания (исследование Мохаммеда Кубейси, Университет Вашингтона).

Во-вторых, сознание можно охарактеризовать как результат интегративной функции человека (как комплексное психическое явление). В таком случае сознание – это то, что мы осознаем: то, как мы понимаем жизнь, что думаем о себе и как воспринимаем других людей.

В этом смысле сознанию не может быть отведен какой-то один конкретный участок в мозге. Оно уже будет рассматриваться как совокупная работа многих структур. В рамках умственной деятельности зачастую необходимо оперировать несколькими мысленными объектами одновременно. Такую возможность нам обеспечивает рабочая память, находящаяся в лобных долях мозга. Чтобы прокрутить в своем сознании какие-то эмоциональные переживания, необходимо задействовать целый ряд структур, таких как гиппокамп, амигдала, поясная извилина и другие (об этом подробнее будет рассказано далее).

Согласно теории Фрэнсиса Крика и Кристофа Коха, мозг полностью состоит из нейронных коррелятов – небольших групп нейронов, объединенных на основе структурных и функциональных признаков. Основная задача нейронных коррелятов – обеспечивать направленность процессов внимания. Авторы этой теории полагали, что именно внимание придает целостность человеческому сознанию: оно как бы собирает и объединяет разрозненные процессы в одну картинку, пусть и сложную, но с понятным нам сюжетом.

В основе другой теории, предложенной Джеральдом Эдельманом, лежит предположение, что нейронные сети и группы нервных клеток постоянно перестраиваются для адаптации к изменяющимся условиям. В буквальном смысле меняются конфигурации связей между клетками. Одни могут разбираться, а другие возникать. Таким образом, нейроны мозга постоянно объединяются в группы для эффективной обработки информации. Формируются своеобразные заготовки для реагирования на ту или иную ситуацию.

Некоторые современные авторы полагают, что истина лежит где-то посередине. Нейронные группы действительно могут перестраиваться, но в какой-то момент необходимо координировать их работу. И тут внимание выступает своеобразным организатором, если хотите дирижером всего процесса. По этой причине человеку жизненно необходимы хорошо развитые процессы внимания.

И мы парадоксальным образом вновь упираемся в работу ретикулярной формации. Дело в том, что с точки зрения когнитивной нейрофизиологии, поддерживая кору в тонусе, ретикулярная формация отправляет восходящие потоки внимания. Так что именно ее работа позволяет нам оставаться собранными. То есть на этот раз, говоря о сознании, мы уже имеем в виду психическую деятельность.

Зеркала мозга

В 1990-е годы Джакомо Ризолатти совершенно случайно сделал невероятное открытие, сравнимое по значению с расшифровкой структуры ДНК. Группа исследователей под его руководством изучала особенности физиологии двигательных систем мозга. В премоторные области коры мозга обезьяны вводились электроды, с помощью которых Ризолатти и его коллеги фиксировали активность клеток. Как и полагалось, нейроны включались в работу в тот момент, когда животное совершало какие-то действия.

В один из перерывов в эксперименте обезьяна спокойно сидела с электродами в мозге и ничего не делала, как вдруг исследователи случайно заметили активность нейронов премоторной коры. В этот момент обезьяна с электродами внимательно наблюдала за действиями другой обезьяны. При этом сама она оставалась абсолютно неподвижной! Сначала обнаруженную активность хотели списать на сбои в работе оборудования, но затем перепроверили результаты и выяснили, что это закономерный физиологический процесс.

Так открыли удивительные клетки в мозге, которые активизируются, когда мы следим за действиями других людей. Исследователи записали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в момент совершения обезьяной действия и в момент пассивного наблюдения ею того же действия. Графики оказались практически идентичными!

Обнаруженные клетки назвали зеркальными нейронами. Из экспериментов следовало, что эти клетки, подобно зеркалу, отражают чужое поведение в голове наблюдателя. Это позволяет нам ощущать происходящее с другим человеком так, как если бы мы совершали действия сами. Более поздние эксперименты показали, что благодаря зеркальным нейронам мы можем как бы примерить на себя состояние другого человека (например, просматривая видео с записью процедуры лечения кариеса, мы можем ощутить во рту все то же самое, что и наблюдаемый нами пациент).

Логично предположить, что маркетологи взяли эти знания на вооружение. Реклама с привлечением звезд оказалась действительно эффективной. Желая быть похожими на своих кумиров, люди готовы приобретать вещи, которые они видят в рекламе. Благодаря зеркальным нейронам человек может почувствовать, что он надел часы Бреда Питта или сел в машину Дэвида Бекхэма. Компании и рекламные агентства и до этого обращались к услугам звезд, но с начала 2000-х стали делать это более прицельно.

Интересно, что на рынке можно встретить примеры, когда рекламодатели вводят потребителей в заблуждение. На одной из вывесок Анджелина Джоли «рекламировала» ремонт телефонов с айфоном в руках. Другой баннер, размещенный над входом в парикмахерскую, гласил, что Мила Йовович стрижется здесь. Конечно же, все понимают, что это неправда, однако реклама с участием звезд работает даже в таких случаях.

Рис. 13. Вариант распределения времени задержки взгляда на том или ином участке изображения (выполнено с эффектом тепловизора)

Однако зеркальные нейроны позволили маркетологам не только создать более эффективную рекламу с публичными персонами, но и пересмотреть схему размещения распространяемого товара. В результате исследований выяснилось, что если на рекламном изображении человек держит гамбургер (или другой сэндвич) в правой руке, то это сбивает аудиторию с толку. По статистике около 85 % людей являются правшами. Поэтому, когда они едят гамбургеры, их правая рука, как правило, остается свободной для других действий: картофеля фри, напитка и так далее. Таким образом, гамбургер изображают либо в левой руке, либо в обеих.

«Нейрон бабушки»

Многие испытывают самые теплые чувства при упоминании их бабушки. Бабушки – это такие умудренные опытом, обычно более спокойные и как будто даже более понимающие родители. Если у вас есть (или когда-то была) бабушка, подумайте о ней. Припомните моменты из детства, когда она, быть может, вязала вам носки или пекла пирог. Ее теплые заботливые руки, укутанную в толстые шерстяные платки шею, добродушную улыбку…

Каждый раз, когда мозг видел бабушку, она могла выглядеть иначе, но он всегда знал, что это все та же любимая бабушка. Откуда ему было это известно?

Мы помним, что в ассоциативных зонах коры есть нейроны, «собирающие» целостный образ. Они помогают нам узнавать морковь, детские игрушки и еще много самых разных вещей. Но что же с лицами и людьми?

Этот вопрос сильно волновал калифорнийского ученого Джерома Леттвина. И в конце 1960-х годов он то ли в шутку, то ли всерьез заявил о том, что в его мозгу может быть нейрон его бабушки.

Такие нейроны получают информацию сразу от многих органов чувств: глаз, ушей и так далее. Эти же клетки реагируют на голос бабушки, на ее платки и спицы с клубком шерсти. Нейроны могут узнать бабушку в любом виде.

Долгое время для ученых оставалось загадкой, существуют ли на самом деле «нейроны бабушки».

Звезда футбола и голливудские актеры пришли на подмогу «нейрону бабушки»

В начале 2000-х годов Родриго Кирога исследовал особенности восприятия лиц в зрительной системе. Он сделал логичное предположение, что нервных клеток, отвечающих за восприятие образа кого-то хорошо знакомого (родителя, близкого родственника, друга), должно быть больше, чем нейронов, реагирующих на малоизвестного человека.

И он оказался совершенно прав. Так, у одного из своих пациентов, большого футбольного фаната, он обнаружил нейрон, избирательно реагировавший на лицо аргентинского игрока Диего Марадоны. Но возникал вопрос: нейрон реагировал именно на лицо футболиста или же на цвета формы аргентинской сборной?

Исследователи продемонстрировали пациенту огромное количество изображений футболиста (в одежде самых разных цветов) и обнаружили, что тот же нейрон всякий раз включался в работу.

Нужно было двигаться дальше и масштабировать результаты. Исследователи искали всем известный образ. В то время в США и многих других странах был весьма популярен сериал «Друзья», где одну из главных ролей играла Дженнифер Энистон. Кирога и коллеги предъявляли испытуемым семь совершенно разных изображений Дженнифер Энистон и обнаружили в медиальной височной доле мозга один и тот же нейрон, который реагировал на каждое из них. Его так и назвали – «нейрон Дженнифер Энистон».

Кирога нашел у своих испытуемых нейроны и других известных персон. И, конечно же, ему удалось обнаружить тот, что был предсказан Леттвином еще в 60-е годы, – «нейрон бабушки». Обрадованный Кирога связался с уже очень немолодым Леттвином и сообщил ему об обнаружении этого нейрона.

Но остался и еще один вопрос: откуда берутся в мозге «нейроны бабушки» и нейроны знаменитых людей? На самом деле ответ на него частично был получен уже давно. Еще в 1980-е годы Вячеслав Борисович Швырков, работая с кроликами и крысами, обнаружил так называемые молчащие нейроны, которые сидели и ждали своего звездного часа, словно на скамейке запасных.

Давайте представим, что человек начинает осваивать спортивную технику бега на лыжах. К нейронам в ассоциативных зонах притекает большое количество информации о движениях рук, ног, ощущениях давления лыжных палок на ладони и так далее. И тут молчащие нейроны начинают выдавать ответы, причем еще и попутно состязаясь между собой за право стать «нейроном бега на лыжах». Их, конечно, под этот процесс выделяется много. Побеждают самые сильные. И теперь они будут всякий раз включаться в работу, когда человек возьмет в руки лыжные палки.

Аналогичная ситуация происходит с нашими новыми знакомыми и друзьями. Под каждого из них выделяется свой нейрон.

В действительности говорить о единичном нейроне не совсем корректно. На самом деле речь идет о целой группе (порой о тысячах) нервных клеток, которые находятся на разных уровнях («этажах») нервной системы. В данном случае «нейрон бабушки» просто находится наверху (на последнем «этаже»).

Мы уже знаем, что есть нейроны первичных областей зрительной коры (там обрабатываются простые признаки – линии, точки, углы). Во вторичных областях зрительной коры нейроны обрабатывают цвет образа, его ориентацию в пространстве. Здесь могут собираться и более целостные образы предметов, например очков бабушки. А далее уже сам «нейрон бабушки» все анализирует и принимает решение – узнать бабушку или нет (обнять или проигнорировать). Если информации от клеток с нижних «этажей» поступает мало (видим только очки или прическу), то «нейрон бабушки» не включается в работу.

В 2015 году в авторитетном журнале Neuron Кирога опубликовал статью, доказывающую, что человеческий мозг реагирует на фотографию человека на фоне достопримечательности и бессознательно отыскивает связи между двумя объектами. Пациентам с вживленными в мозг электродами предъявляли фотографии с достопримечательностями и изображениями людей, чтобы выяснить, какие из нейронов отреагируют.

Давайте рассмотрим на примере. Сначала исследователи выявили, что есть нейрон, который реагирует только на актера Клинта Иствуда и не реагирует на других актеров и изображения достопримечательностей (например, Эйфелеву башню или голливудские холмы с надписью Hollywood). Затем испытуемым показали Клинта Иствуда на фоне надписи Hollywood, а потом вновь продемонстрировали изображения достопримечательностей, среди которых были и буквы с голливудских холмов. И в это время происходило невероятное! Нейрон выдавал на надпись Hollywood такую же активность, как и на просто портрет Клинта Иствуда. В мозге нервные клетки, связанные с данным нейроном, образовали ассоциацию между изображениями букв и актера.

Рис. 14. Иерархическое положение «нейрона бабушки»

И тут нужно отметить самое важное! Многие испытуемые даже не пытались припомнить специально, на какой картинке они видели актера (потому что этих картинок было много), но мозг сам пассивно выдавал ответ.

В ходе последних исследований выяснилось, что данный нейронный механизм кодирует значимые ассоциации в долговременную память. Иными словами, достаточно один раз столкнуться двум объектам в какой-то связке, как мозг сразу же строит ассоциации между ними.

Как вы понимаете, это важное знание подводит маркетологов к идее создания быстрых ассоциаций в сопутствующих рекламируемых продуктах. Достаточно одной демонстрации пары «базовый товар и аксессуар», чтобы сформировался нейрон, реагирующий на эту связку.

Этот же прием могут применять и политтехнологи, демонстрируя своего кандидата на всем известном фоне (или в связке с очень понятным и даже приятным образом). А потом использовать этот образ даже в те периоды, когда «гонка» как будто закончилась. Например, можно продемонстрировать лицо кандидата на фоне символа города или какого-нибудь продукта – хлеба, шоколада (да чего угодно, хорошо запоминающегося и вызывающего нужные ассоциации), а затем просто развесить плакаты с шоколадом, лимонадом или хлебом. И никакой вроде бы рекла-мы но мы-то с вами понимаем, что это еще та реклама!).

Однако у работы, которую провел Родриго Кирога, есть еще один важный аспект, касающийся каждого из нас. Если внимательно проанализировать, как действовали ученые, можно обнаружить, что их эксперименты напоминали исследование на полиграфе (детекторе лжи). Перед использованием прибор обычно сначала калибруют (смотрят, на какие раздражители есть ответы). Затем создается своеобразная шкала, с которой будут сравнивать ответы, чтобы определить, говорит человек правду или нет. И тем не менее на сегодняшний день мы не можем утверждать, что полиграф способен на 100 % точно показать, когда человек говорит правду, а когда лжет. Полагают, что, если человек хорошо подготовится заранее и поверит в свою ложь, полиграф может принять ее за правду. Я здесь упоминаю детектор лжи просто для сравнения.

В исследованиях Кироги сначала происходила калибровка стимулов (ученые смотрели, реагирует какой-то нейрон или нет). Затем исследователи оценивали, какая именно клетка реагирует и как. А потом уже предъявляли людям различные стимулы (изображения), чтобы вызвать активность нейрона. По активности мозга ученые могли установить, известно ли испытуемому что-либо о данной персоне или нет. Получается, исследователи извлекали воспоминания помимо воли человека. В некотором смысле они приблизились к прообразу технологии чтения мыслей.

На сегодняшний день вопрос возможности расшифровки нервно-психических кодов мозга является очень сложным и спорным. Давайте в следующей главе кратко остановимся на одном примере, чтобы обрисовать текущую ситуацию.

Иногда именно тот, кто, казалось бы, ничего из себя не представляет, делает то, что никто и представить не мог.

Алан Тьюринг

«Нейронное кружево» Илона Маска, или Зачем нам «читать мысли»

В одном из интервью Илон Маск заявил, что если бы в мире присутствовал некий «ультраразумный искусственный интеллект», люди настолько уступали бы ему по уровню интеллекта, что стали бы его домашними животными. И это был бы еще хороший сценарий. Маск предложил такое, наиболее удачное по его мнению, решение: обзавестись «слоем» искусственного интеллекта.

Представьте: у вас есть лимбическая система (структуры, обеспечивающие эмоции), кора больших полушарий, а над мозгом надстроен некий цифровой уровень. Причем этот уровень работает в симбиозе с мозгом. Кроме того, мы все уже частично киборги, потому что обладаем цифровой версией себя в сети. Таким образом, у каждого человека появляется ряд «суперспособностей»: можно найти ответ на любой вопрос, устроить видеоконференцию с кем угодно, написать миллионам людей в одно мгновение.

Продолжая рассуждения, Маск отметил, что есть проблемы с вводом и выводом информации. Особенно с последним. Мы вносим информацию в телефон (то есть выводим ее из нашего мозга) пальцами. И это до смешного медленно. Симбиотическое слияние с цифровым интеллектом позволит устранить ограничения ввода и вывода информации.

Далее Илон Маск рассказал о том, что его компания планирует создать своего рода прямой кортикальный интерфейс. Ему уже даже придумали название – «нейронное кружево». Этот интерфейс напрямую свяжут с клетками коры больших полушарий мозга. Предположительно, он будет представлять собой миниатюрные чипы размером в несколько микрон. Задача устройства – улучшить умственные способности человека. А также помогать восстанавливать память, развивать двигательные навыки (особенно это актуально для людей, перенесших инсульт) и даже обмениваться мыслями.

Маск собрал выдающихся представителей научного и инженерно-технического сообщества. Например, в команду вошел один из создателей «нейронной пыли» – системы крошечных датчиков для записи мозговой активности.

Сроки создания «нейронного кружева» весьма сжатые. Полагают, что его представят уже в 2027 году. Интригует, не правда ли?

Как вы понимаете, в интернете и СМИ ведутся бурные обсуждения этого проекта. В частности, появляются опасения, что устройство может быть использовано в корыстных целях.

Сразу же вспоминается и недавняя громкая история с Марком Цукербергом. Его компанию, Facebook Inc., обвинили в том, что она продавала данные пользователей одноименной социальной сети сторонним организациям. Дело дошло до того, что Цукерберга вызвали на слушания в Конгресс США.

Несомненно, если будет создан интерфейс, способный читать наши мысли, антиутопия Оруэлла вполне может стать реальностью. Государство и корпорации захотят получить доступ к нашим мыслям.

Но есть и другая потенциальная опасность. К примеру, при современном уровне развития технологий если одно государство хочет нанести удар по другому, оно взламывает сетевые ресурсы и «порабощает» устройства. Но что же случится, если атаке подвергнутся не гаджеты, а наши с вами головы?

Я предлагаю пока оставить эти туманные рассуждения для научно-фантастических романов.

От себя добавлю, что устройство, позволяющее читать мысли, однажды точно появится. Мой скепсис связан со сроками. 2027 год – это слишком скоро для столь значимого открытия. И вот почему.

Первая проблема связана с тем, что существующие устройства работают слишком медленно и передают мало данных. Для продуктивной работы интерфейса потребуется получать информацию от миллионов, а то и миллиардов, нервных клеток. Пока не приходится говорить и о десятках тысяч.

Вторая проблема во многом следует из первой. К сожалению, пока мы не научились хорошо декодировать биоэлектрическую и химическую активность, связанную с мозгом. В 2016 году заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов МГУ Александр Яковлевич Каплан сказал, что в десятках лабораторий пытались по ЭЭГ расшифровать не только мысли о руках-ногах, но и мысли в ситуациях, когда испытуемый в уме представляет события или объекты внешней среды: ночь, улица, фонарь, аптека. Пока безуспешно.

Третья проблема – вживление электродов. Любые хирургические манипуляции на мозге всегда крайне трудоемки и даже опасны. Маск заявляет, что датчики можно будет отправить в мозг через яремную вену. Но мы-то с вами знаем, что гематоэнцефалический барьер не дремлет.

С датчиками могут возникнуть и другие сложности. Поскольку это чужеродные для мозга элементы, иммунная система может начать их отторгать. В первую очередь датчики будут атакованы клетками глии. И тем не менее чипы уже вживляют, хоть и не в таких масштабах, как планирует Маск. Подробнее о них мы еще поговорим в третьей части книги.

Разве есть в жизни что-либо более прекрасное, чем поиск ответов на вопросы?

Айзек Азимов

Кортикальные колонки мозга

На научном языке скопления тел нервных клеток называют ядрами. Запомнить легко: ядро мозга – это тела клеток (их ядра, содержащие органоиды и хромосомы).

Например, в мозге есть структура под названием ядро Якубовича (оно названо так не в честь популярного телеведущего, конечно же, а в честь анатома). Ядро Якубовича входит в состав структур среднего мозга. Оно обеспечивает функцию сужения/расширения зрачка. Когда врач скорой помощи светит фонариком в глаз потерявшему сознание человеку, он проверяет работоспособность структур среднего мозга. Зрачок сузился – прогноз хороший. Если нет – дела плохи.

Помимо ядер, в мозге есть и так называемые слоистые, или стратифицированные, структуры. К ним относят кортикальные колонки.

Если мы с вами взглянем на мозг в разрезе, то увидим, что он более чем наполовину состоит из белого вещества (отростков клеток, покрытых жироподобной капсулой из миелина). Длинные отростки – это проводящие пути (аксоны). Они соединяют разные отделы головного мозга, а также отправляют команды в спинной.

Получается, что мозг – это бесконечные пучки проводов.

В 2009 году стартовал проект под названием «Коннектом человека» (Human Connectome Project). Коннектом – это описание всех связей в мозге. Именно на создание такого описания и направлен исследовательский проект.

Некоторые нейробиологи полагают, что, если это удастся, станет возможным скопировать сознание человека, поскольку именно в связях между клетками и заключена наша память. Образно говоря, мы есть то, что мы помним. Эта метафора, хоть и звучит упрощенно, близка к реальности. Но, как вы понимаете, построить стабильную структуру коннектома даже одного человека невозможно, потому что связи постоянно перестраиваются.

Рис. 15. Белое и серое вещество мозга

Но вполне реально проследить структуру крупных проводящих путей (они остаются относительно стабильными на протяжении жизни). На рис. 16 показан вариант визуализации такой структуры.

Рис. 16. Вариант визуализации связей в мозге (компьютерная модель)

Серое вещество сконцентрировано в крупных ядрах мозга и тонкой коре, распластавшейся по полушариям. Толщина коры больших полушарий всего около 3–4 мм. В сером веществе коры выделяют 6 слоев (90 % коры имеет такое строение): тела клеток чередуются со слоями отростков. Каждый нейрон с помощью синапсов связан с тысячами других клеток.

В 1957 году Вернон Маунткасл, анализируя ответы клеток в соматосенсорной коре, обнаружил, что, если погружать микроэлектрод перпендикулярно поверхности коры, все встречаемые им нейроны отвечают на раздражитель одной и той же модальности (то есть одного вида чувствительности – например, кожной вибрации). Но как только он погружал электрод под углом к поверхности, на его пути попадались нейроны с другой сенсорной модальностью.

Из этого Маунткасл сделал вывод о том, что в коре есть некие вертикально ориентированные модульные структуры. Он назвал их колонками. В каждой такой колонке обычно присутствует около 100 нервных клеток (разных размеров и форм).

В центре колонок, как правило, находятся крупные пирамидные нейроны. Они представляют собой остов (основу) колонки. Считается, что крупные пирамидные нейроны отвечают за реакцию колонки в целом.

Над ними располагаются более мелкие клетки с отростками. Они называются короной. Внутри нее связи как бы замыкаются, формируя своеобразную память колонки. По замкнутым цепям короны нервный импульс может долго циркулировать, раздражая остов до тех пор, пока к нейронам не поступят тормозные импульсы.

На самом деле модуль из 100 нейронов называют миниколонкой. В свою очередь миниколонки объединяются в более крупные гиперколонки (их еще называют просто колонками). И гиперколонка уже представляет целый кортикальный модуль, выполняющий определенную функцию.

Чем меньше колонка, тем более простую функцию она выполняет. Более того, внутри колонки работает правило: чем ниже уровень (слой), тем более простая информация обрабатывается.

Идущая в мозг информация через переключения в нижележащих глубинных структурах поступает в нижний слой коры. Здесь будут идентифицироваться самые простые свойства объектов: наклон линий, цвет, сила звука и так далее. Такая клетка может активно раздражаться, когда она видит линию или край, наклоненный под определенным углом. Этот край может быть частью любого объекта – клавиши пианино, стволом отдаленной сосны, стороной буквы «н».

Выше находятся нейроны, собирающие информацию от простых нейронов. Так происходит уточнение и обобщение получаемого сигнала внутри колонки. Но таким нейронам, например, важен не только контраст и наклон полоски, но и ее длина.

Информация, обработанная в нижнем слое, перемещается в вышележащий. При переходе от слоя к слою информация все больше обобщается. Часть ее отбрасывается. В конечном итоге наверху мы получаем целостный образ. Причем миниколонки объединяются в гиперколонки и за счет горизонтальных связей друг с другом обеспечивают еще более сложную комплексную обработку.

Давайте рассмотрим, как происходит восприятие зрительного образа.

В зрительной коре есть колонки, внутри которых находятся рецептивные (воспринимающие) поля нейронов. В сетчатке глаз есть палочки и колбочки со светочувствительными пигментами. Их можно считать рецепторами зрительной информации. Они собирают изображение по точкам. Рецептивное поле нейрона – это то, сколько рецепторов сетчатки отправляют сигнал.

Рис. 17. Миниколонки, реагирующие на линии (полоски) определенной ориентации

Давайте вообразим, что мы смотрим на треугольный объект. В первичных областях зрительной коры найдется миниколонка, в которой нейрон среагирует на горизонтальную линию. В другой миниколонке нейрон откликнется на линию с наклоном под определенным углом. И так они вместе определят элементы треугольника. Схематично это показано на рис. 17. На самом деле нейроны в этих миниколонках будут различать не саму линию как таковую, а ее границу (за счет изменения контраста, теней и так далее). А вот целостную форму объекта и какие-то узоры (дополнительные линии, разные цвета, сложный объем и так далее) нейроны смогут «увидеть» только во вторичной области зрительной коры.

Во вторичных областях коры мы уже не встретим клеток, реагирующих на элементарные признаки (такие как граница или наклон линии). Здесь в колонках находятся нейроны, раздражающиеся только в ответ на определенный сложный комплекс стимулов. Известно, что в нижней височной доле существуют нейроны, которые активируются только при зрительном восприятии человеческого лица. Причем есть современные данные, указывающие на то, что это врожденная функция. Вероятно, именно поэтому на картинах, фотографиях и рекламных плакатах нас привлекают именно лица.

В свою очередь в третичных (ассоциативных) областях коры миниколонки, собираясь в модули, получают информацию от вторичных зон разных сенсорных систем. Здесь «смешиваются» зрение, обоняние, слух, осязание, вкус. При участии подкорковых структур мозга в ассоциативных областях формируется полноценное комплексное восприятие окружающего мира. Также здесь репрезентируются наши воспоминания. Они как бы собираются из элементов (представляются нам заново), поэтому мы и используем термин «репрезентируются». Формируется образ.

И тогда мы понимаем, что перед нами не просто треугольный объект, а египетская пирамида, а рядом с ней верблюды. И вообще, дело происходит в пустыне.

Давайте подытожим. Мы выяснили, что кора имеет модульное строение и состоит из миниколонок с сотней нейронов в каждой. Эти миниколонки могут объединяться в гиперколонки и тем самым выполнять более комплексные функции.

Рис. 18. Упрощенная схема поэтапной сборки изображения в коре мозга

Мы также выяснили, что информация обрабатывается в колонках вертикально. Нижние слои хранят самую примитивную информацию, тогда как верхние слои коры работают с цельными образами. В первичных областях эти «цельные образы» отражают лишь простые характеристики (наклон линий, движение линий, тени и так далее). Во вторичных областях мы уже можем видеть объект более целостно, причем независимо от его наклона (к примеру, мы можем распознать знакомое лицо, если даже голова наклонена).

Таким образом, информация обрабатывается еще и горизонтально, перемещаясь по коре из первичных областей во вторичные, а оттуда – в ассоциативные. На каждом этапе перехода из одной области в другую происходит сборка все более цельного образа (пока из линий, кружочков, теней и прочего не соберется полноценная картина мира). Несомненно, это очень упрощенная схема восприятия.

И напоследок соотнесем эту модель с тем, что было сказано ранее. Это важно.

У нас есть нейроны-детекторы, которые отвечают за элементарные признаки воспринимаемого объекта. Они включаются в иерархически организованную нейронную сеть по типу пирамиды, вершина которой – сложный нейрон, синтезирующий воспринимаемый образ. Этот нейрон можно назвать главным. В первичных областях такой нейрон выполняет функцию попроще (контуры и тени линий), во вторичных областях он уже приобретает способность видеть целиком форму, цвет и даже лицо. А в третичных областях такой сложный нейрон будет собирать на себе уже информацию не только о форме, но и о запахах объекта, связанных с ним звуках и других характеристиках.

«Нейрон бабушки» находится в одной из таких ассоциативных зон и собирает информацию о бабушке. И теперь становится понятно, почему был прав А. А. Ухтомский. Он как раз и говорил о доминантах как очагах устойчивого возбуждения, которые соответствуют целым группам нейронных ансамблей.

Сейчас весьма ироничным выглядит сформулированное в конце 1980-х годов утверждение Дэвида Хьюбела, получившего Нобелевскую премию за открытия в области физиологии зрения:

Такое представление, называемое «теорией бабушкиной клетки», вряд ли можно принимать всерьез. Можем ли мы обнаружить отдельные клетки для бабушки улыбающейся, плачущей или занимающейся шитьем? Или отдельные клетки, отражающие понятие или определение «бабушки»? И если бы у нас действительно имелись «бабушкины клетки», куда они посылали бы свои выходные сигналы?

Только благодаря современным методам (МРТ, фМРТ) и более точным прицельным исследованиям в начале XXI века удалось окончательно доказать наличие таких сложных нейронов и понять, как обрабатываются сложные стимулы.

Вот так бывает.

Для полноты картины коротко добавлю, что существует также система обратных связей. Грубо говоря, она-то и помогает коре предсказывать (воображать) и сопоставлять приходящую информацию с тем, что есть в памяти.

В действительности, помимо чисто физиологических механизмов зрительного восприятия, в мозге огромную роль играют психические аспекты. Важно понимать, что в процессе жизни мы с вами тренируемся воспринимать мир таким, каким мы его способны воспринимать. Особенно это важно в критические периоды развития.

Физиологи убедительно продемонстрировали, как формируется восприятие мира, в простом, но ошеломляющем своей показательностью эксперименте на котятах.

Рис. 19. Котенок, помещенный в цилиндрическую камеру с вертикальными полосами

Двухнедельных котят исследователи поместили в цилиндрическую камеру. Ее боковая поверхность была покрыта вертикальными полосами, снизу и сверху размещались зеркала. Это создавало иллюзию бесконечных вертикальных линий. Котята проводили в цилиндрической камере по пять часов каждый день. В остальное время они пребывали в темноте. Спустя пять месяцев выяснилось, что котята не воспринимают ничего, кроме вертикальных стимулов.

Такой же эксперимент провели с горизонтальными линиями (исключив все вертикальные). По окончании эксперимента котята не то что не реагировали на вертикальные стимулы, они врезались в столбы, в ножки столов, совершенно их не замечая! Самое страшное, что эти изменения оказались необратимы. Котята (а потом выросшие кошки) так никогда и не научились видеть вертикальные линии.

Мы с вами уже сталкивались с похожими примерами, когда говорили о феномене детей-маугли. Там работает тот же принцип, только более комплексно. Весь мозг теряет способность воспринимать человеческую речь и культуру. И еще раз мы приближаемся к идее о том, что для детей информацию необходимо подбирать тщательнейшим образом.

Нам кажется, что мы видим мир именно таким, каким мы его видим. Но на самом деле информация, приходящая в зрительную кору, не такова, какой она нам затем видится.

На рис. 20 изображено то, что мы бы увидели, если бы человек стоял перед нами, а мы бы смотрели на его лицо. Информация, поступающая с сетчатки, выглядит иначе. В нашем глазу есть слепое пятно. В этом месте аксоны палочек и колбочек собираются в пучок, образуя зрительный нерв. Здесь нет рецепторов, реагирующих на свет. Поэтому на нашем условном зрительном экране есть дыра. Более того, плотность зрительных рецепторов по периферии сетчатки меньше, чем в центральной части. Из-за этого изображение по краям размыто.

И тут возникает вопрос. Почему глаз видит одно, а зрительная кора показывает другое?

И ответ возмутительно прост: мы не видим то, на что смотрим, мы видим лишь то, что показывает нам мозг. У мозга есть ряд механизмов, которые позволяют ему скомпенсировать недостатки нашего зрения. Даже читая этот текст, вы совершаете глазами микродвижения (саккады). И делаете это так быстро, что слепое пятно не успевает остаться в фокусе внимания.

Вспомните серийную съемку на смартфоне или фотоаппарате. Есть смазанные в каких-то частях кадры, а есть более резкие. Можно из разных снимков составить один наиболее резкий и качественный. Нечто похожее делает наш мозг.

Иными словами, мы видим не реальный, а искусственно созданный – подправленный, «отфотошопленный» – зрительный образ.

Рис. 20. Восприятие изображения. Слева – изображение с фотоаппарата, справа – то, как его изначально воспринимает сетчатка глаза (точка фокусировки на «х»)

Это настоящий интеллектуальный объект – нечто, изготовленное мозгом в рамках того восприятия, которому он обучился. Не более того. В конце концов, мы же не видим в ультрафиолетовом диапазоне и не создаем в этом спектре фотографии. У нас нет таких рецепторов, а значит, нет и данных, из которых мозг мог бы собрать образ.

И еще один показательный пример, с которым наверняка почти все из нас сталкивались.

У многих случались ситуации, когда в плохую погоду или вечером мы встречали знакомого человек (одноклассника, коллегу), даже начинали махать ему рукой, а потом вдруг понимали, что обознались.

Дело в том, что информация, которая идет с нижележащих уровней, активирует образ, хранящийся уровнями выше, но при этом как бы упирается в барьер. Тем временем кора подсовывает нам образ знакомого человека. И нужно порой немало времени, чтобы поступающая от нижележащих уровней информация преодолела барьер. Посторонний должен либо заговорить, либо смутиться, либо, возможно, отвернуться. Лишь тогда кора вдруг «встрепенется» и поймет, что перед глазами совсем другой человек.

До этого времени «фотошоп» коры работает отменно: он прекрасно дорисовывает неизвестному человеку признаки знакомого.

Мы с вами подробно рассмотрели основные детали, кирпичики если хотите, нервной системы: клетки, контакты, слои кортикальных колонок и так далее. Пришла пора взглянуть на мозг более целостно и познакомиться с его ключевыми отделами.

Откуда у мозга «растут» слова речи?

Теорий возникновения речи великое множество. Сегодня никто не может утверждать, что нам известно, как именно зародился язык. Но благодаря развитию генетики, нейробиологии, этологии и других наук мы с каждым годом начинаем понимать о происхождении язы-ка несколько больше. В замечательной книге «Происхождение языка. Факты, исследования, гипотезы» известный лингвист Светлана Анатольевна Бурлак выделяет несколько наиболее научно обоснованных теорий.

Согласно одной из них, устная речь возникла от жестов. С развитием прямохождения у наших предков освободились руки. Это позволило начать ими активно жестикулировать. Выпрямившись, наши предки стали смотреть друг другу в лицо. С этого момента мимика начала играть все большую роль в коммуникации. Исследователь речи Майк Корбаллис полагает, что постепенно наши предки все больше занимали руки изготовлением орудий. Мимические жесты (и сопровождавшие их возгласы) стали играть главенствующую роль в общении. Со временем жесты как бы сместились внутрь рта, и так появилась артикуляция уже языковых звуков.

В поддержку подобной теории свидетельствует тот факт, что у приматов звуки не подконтрольны воле, по этой причине основой для новых знаков могли служить только жесты. В частности, в одном из исследований 2016 года авторы обнаружили, что анатомическое устройство глотки и гортани макак-крабоедов позволяет им издавать 99 звуковых конфигураций. Но авторы приходят к выводу, что мозг макак не настроен на сознательное управление звуками. Предполагают, что это может быть связано с тем, что у человека группа «речевых генов» отличается от таковых у приматов. К примеру, ген FOXP2 у человека не только имеет особую структуру, но и тесно взаимодействует с другими генами, часть из которых отвечает за артикуляцию речи. Все это влияет на тонкие механизмы того, как нервная система регулирует речь. Вполне вероятно, что они отбирались эволюционным путем с момента первых попыток наших предков создать жестовый язык. Но пока это, конечно, только теория.

Очень похожую теорию возникновения языка на основе жестов предлагает Майкл Томассело. Он считает, что человеческое общение начиналось с указательных жестов. Такие жесты легко понятны всем: один из собеседников просто указывает на конкретный предмет. В усложненном варианте такое общение могло представлять собой набор пантомим (простых иконических изображений известных предметов). Мне лично очень нравится эта теория, потому что она следует из положения о том, что у наших предков были совместные формы деятельности (их мы наблюдаем у приматов и сегодня).

Представьте, что у наших предков были действия-жесты, цель которых – привлечь внимание к чему-то очень важному. К примеру, одним из таких действий-жестов могло быть похлопывание по земле, чтобы другие члены группы обернулись (а вдруг за спиной опасность). Существовали и другие формы жестов, похожих на движение-намерение, отражающее начальную фазу какого-то действия.

Постепенно наши предки научились понимать цели и намерения друг друга. Это позволило распознавать, что видит и слышит другая особь. Со временем возникли уже совместные цели и намерения. Жесту можно подобрать звуковой эквивалент, то есть закодировать действия звуками. Иногда что-то показывать долго (и не всегда удобно, если, скажем, собеседники не на открытой, хорошо освещенной местности). Тогда логичнее придумать для обозначения того или иного жеста звук (или целую систему звуков). По-видимому, это и было сделано. Вероятно, какие-то звуки изначально служили эмоциональным сопровождением действий, а затем стали замещать их в речи. На этой основе уже строилась более сложная устная речь.

Совсем другая теория принадлежит Ноаму Хомски. Он считал, что язык как бы уже встроен в мозг ребенка с рождения. Но сегодня мы знаем, что ребенок, лежащий в кроватке, просто слушая речь взрослых, способен сам выстраивать в голове грамматическую структуру любого языка. Если бы это было строго заложено в мозге, то наследовался бы конкретный язык (скажем, на котором говорят родители). Более того, современные научные данные указывают на то, что гены не могут кодировать грамматику языка. Мозг ребенка делает это по наитию, он обучается по ходу жизни.

Но несмотря на некоторую несостоятельность гипотезы о врожденном языке, Хомски интересен тем, что очень смело отрицает предполагаемую коммуникативную роль языка. Язык – скорее система для выражения мыслей. Хомски приходит к выводу, что если мы хотим исключить непонимание, то конструкция языка для этой цели не очень удачна.

Согласитесь, ситуация в природе, когда язык создается для выражения мыслей (по сути, только для общения с самим собой), весьма странная. Более того, концепции противоречит следующий реально наблюдаемый феномен. Если язык нужен для мышления, то он должен развиваться и у детей, лишенных общения. Они должны прекрасно выражать мысли, удачно озвучивать свои желания и намерения. Им же никто не мешает мыслить. Но в действительности мы наблюдаем противоположную картину: если ребенок не общается с другими людьми, языком он не овладевает.

Психолингвист Стивен Пинкер считает, что язык нужен как раз для коммуникации. По его мнению, человек должен уметь улавливать внутренние связи между событиями из окружающей действительности. По этой причине язык возник как средство обмена информацией. Было важно передать ценные знания от одного индивида другому. А проще всего это сделать в закодированной языковой форме. Пинкер развивает идеи Хомски о врожденности языка в эволюционном ключе. Он не настаивает на том, что существует некий «ген языка». Пинкер считает, язык возник не одномоментно, а поэтапно, естественным эволюционным путем. Постепенно в мозге возникали языковые центры: распознавание речи (центр Вернике) и воспроизведение речи (центр Брока).

Теорий возникновения языка очень много. Нет возможности перечислить все из них. Упомяну лишь еще одну. Робин Данбар подчеркивает особую роль языка в социуме и выдвигает теорию груминга. Ее смысл сводится к тому, что размеры мозга коррелируют с размерами групп, которые способен образовывать тот или иной вид приматов. Успешность выживания в группе зависит от сплоченности ее членов. Для достижения взаимопонимания необходимо затрачивать время на выполнение определенных действий, снимающих социальную напряженность. Попросту говоря, одни члены стаи должны уделить внимание другим: погладить, повычесывать, повылизывать шерсть. У животных это называется грумингом (отсюда и название теории).

Мы видим увеличение мозга наших предков в процессе эволюции (к примеру, мозг австралопитека был около 430 см^3, тогда как мозг архантропа – порядка 1000 см^3). Укрупнение мозга, вероятно, приводило к увеличению групп, в которых жили приматы. А это требовало все больше времени для того, чтобы уделить внимание другим особям. Но бесконечно заниматься вычесыванием невозможно, нужно еще и добывать пищу, кормить потомство, спать и так далее. Так вот, функцию груминга, согласно теории, стал выполнять язык. Гораздо проще что-то сказать кому-то, чем делать.

Конечно, у этой гипотезы есть недостатки. Не совсем понятно, как на основе такого груминга возникала сложная грамматика языка. Кроме того, очевидно, что размер групп определяется не только объемом мозга, но и средой обитания, количеством хищников, особенностями питания.

Как вы видите, нет единого мнения относительно того, когда и как возник язык. На мой взгляд, разные предположения могут быть верны, но лишь частично. Действительно, язык, вполне возможно, сформировался на основе жестов и сопровождавших их звуковых эквивалентов. Также вполне допустимо, что язык стал использоваться для социального груминга.

Нельзя отрицать и тот факт, что мозг эволюционировал, видоизменялся так, что в нем постепенно появились области, более пригодные для формирования речи. Но с другой стороны, сегодня мы не можем говорить, что речевые зоны Брока и Вернике сформировались строго для выполнения языковой функции. Это, скорее, наше допущение.

Таким образом, нам предстоит продолжить поиски фактов, подтверждающих ту или иную теорию. И далеко не последнюю надежду исследователи языка возлагают именно на нейробиологию.

Вылазка внутрь мозга

Все примерно представляют себе, как выглядит мозг. Иногда его сравнивают со студенистым желе. Кто-то видит в нем сходство с огромным морщинистым трюфелем. Мы с вами уже выяснили, почему мозг морщинистый. Его гребни называют извилинами, а впадины (углубления) – бороздами.

Это вид мозга снаружи. До сих пор мы много говорили о коре. Это действительно важная часть мозга, поскольку она связана с обеспечением наших важнейших интеллектуальных функций. Но давайте заглянем вглубь мозга. Там мы найдем немало ответов на вопросы, касающиеся наших страхов, эмоций и даже вегетативных расстройств.

Мы уже упоминали такую важную структуру, как ретикулярная формация. Это «энергетическое сердце» мозга на самом деле берет свое начало еще из структур спинного мозга. Далее она поднимается в продолговатый мозг.

Если говорить максимально просто, в мозге можно выделить три этажа.

1. Первый этаж журналисты и многие популяризаторы науки называют «рептильный мозг» (это ствол мозга, складывающийся из продолговатого, заднего, среднего и промежуточного мозга). Эта часть отвечает за выживание организма (порой даже в самых экстремальных условиях).

2. Второй этаж называют «обезьяний мозг». Этот кусок (состоящий из многих структур) находится преимущественно над «рептильным мозгом» и отвечает за наши эмоциональные реакции. Когда обезьяне что-то не нравится, она начинает кричать, размахивать конечностями и даже может напасть. Так ведут себя некоторые дети и подростки, потому что у них еще во многом доминирует «обезьяний мозг».

3. Третий этаж. Речь здесь идет о коре больших полушарий. Это и есть наш «человеческий мозг».

Давайте теперь поговорим чуть подробнее о каждом из этажей, чтобы разобраться, как все-таки формируется поведение.

Эволюция мозга человека шла снизу вверх (от задних отделов к передним). Причем развитие высших центров происходило в результате совершенствования низших.

Первичный зачаток мозга – мозговой пузырь – мы встречаем у морского животного ланцетника. Постепенно мозг усложнялся, и мозговой пузырь начал делиться на отделы. Уже у рыб сформировались зачатки всех структурных элементов (этажей) мозга, включая полушария. Там находятся так называемые обонятельные центры. Они помогают мигрирующим видам рыб возвращаться в свой район обитания. Конечно, это не такие полушария, как у нас с вами.

Также полушария мозга рыб обеспечивают функции заботы о потомстве и формирования стайного образа жизни. Запомните этот интересный факт. Он нам еще пригодится, когда мы будем говорить о человеческих сообществах.

В отличие от ланцетника с одним пузырем на конце нервной трубки, у рыб и у всех более развитых животных есть все отделы головного мозга.

По этой причине в современной нейробиологии никогда не говорят о «рептильном мозге», как о каком-то особенном типе мозга, который есть у рыб или рептилий. Для упрощения, конечно, можно применять этот термин, но помните, что это грубая фактологическая ошибка.

В «рептильный мозг» входят, по сути, структуры, располагающиеся ниже лимбической системы. Как мы выяснили, этот мозг обеспечивает наше выживание. Давайте разберемся, что это за структуры.

Первый этаж мозга (ствол мозга)

Продолговатый мозг – самая древняя часть. Он как бы вырастает из спинного мозга. Этот первичный мозг управляет важнейшими жизненными функциями: дыханием, сердцебиением, уровнем кровяного давления. Повреждение продолговатого мозга обычно приводит к неминуемой гибели, а получить его очень легко, особенно детям. Достаточно травмировать область основания черепа. Это может быть неудачное падение на спину или случайный удар в область шеи.

По этой причине педагогам и врачам приходится напоминать родителям о том, что ни в коем случае нельзя детям давать подзатыльники (это может привести и к сотрясению мозга).

Также в продолговатом мозге находятся ядра (командные центры) нервов, управляющих языком, и блуждающего нерва, управляющего органами брюшной полости. Здесь же находится ретикулярная формация, которая обеспечивает связь со спинным мозгом.

Рис. 21. Схема мозга. Ломаная линия определяет границу первого этажа мозга

Задний мозг располагается чуть выше продолговатого и включает в себя мост и мозжечок. Мостом один из отделов заднего мозга назван не случайно: его проводящие пути белого вещества соединяют кору полушарий со спинным мозгом.

Задний мозг обеспечивает жевательный и глотательный рефлексы. Здесь же находятся центры вкусовой чувствительности.

Вместе с мозжечком мост контролирует тонус мышц и координацию движений.

Мозжечок имеет обширные связи с огромным количеством других отделов мозга, что позволяет ему участвовать в регуляции целенаправленных движений, делая их плавными и точными.

Интересно, что в мозжечке находится около 50 % всех нервных клеток мозга. Неспроста мозжечок называют вторым маленьким мозгом. Это весьма оправданно, поскольку от хорошо скоординированных движений зависит успех выживания всего организма.

Если вы видите человека со странной пошатывающейся походкой: туловище заваливается, чуть ли не падает в бок, шаги какие-то неравномерные по длине, не спешите считать его пьяным. Такое нередко случается у людей с поражением мозжечка. Подобную походку называют «мозжечковая», или «походка пьяного».

Над задним мозгом находится средний. Внутри него «спрятаны» первичные центры обработки зрительной, слуховой, осязательной информации. У среднего мозга есть четыре выпуклости, которые называют холмами, или буграми. Передняя пара бугров получает информацию от рецепторов сетчатки и осуществляет зрительные ориентировочные рефлексы. Вы, наверное, замечали, что глаза перемещаются синхронно (содружественно). За это как раз во многом отвечают передние бугры среднего мозга (под контролем коры).

Задние бугры обрабатывают информацию от рецепторов в улитке уха. Они же обеспечивают сторожевую приспособительную реакцию на новый неожиданный звук. У нас меняется мышечный тонус, учащается частота сердцебиения и дыхания, может повышаться артериальное давление.

Вспомните, как реагирует наше тело, когда мы идем по дороге и внезапно слышим резкий сигнальный гудок авто. Некоторые из нас даже вздрагивают. Это отрабатывают структуры среднего мозга.

Рис. 22. Ствол мозга. Первый этаж

Средний мозг – одна из важнейших структур, обеспечивающих внимание. Он запускает команды, связанные с ориентированием нашего тела в пространстве по отношению к источнику новизны. Представьте, что вы идете по африканской саванне много сотен тысяч лет назад. Вдруг вы слышите шорох. Вы замираете. Голова уже сама повернулась в сторону источника шума. «Что там? Опасность или, может, что-то съедобное?» – всплывает в вашей голове.

Для наших предков важно было быстро среагировать на стимул. Ведь в кустах мог спрятаться хищник или, напротив, добыча. В обоих случаях этот рефлекс среднего мозга играл важнейшую роль для выживания.

На самом деле он до сих пор работает и у нас. И. П. Павлов назвал это ориентировочной реакцией. Когда мы слышим внезапный стимул, к примеру, громкий стук в дверь за спиной, наша текущая деятельность тотчас же прекращается и мы разворачиваемся. Этот рефлекс можно погасить только одним способом – многократным повторением одного и того же стимула.

В свое время выдающийся российский физиолог Евгений Николаевич Соколов предложил нейронную модель процесса внимания.

К тому моменту были открыты нейроны новизны. Это такие специальные клетки мозга, которые реагируют на определенное качество сигнала. Когда вы сидите за столом и вокруг тихо, эти нейроны как бы дремлют. Но как только раздается стук в дверь, они тут же активизируются и запускают процесс реагирования.

И теперь давайте представим, что вы встали из-за стола и подошли к двери. Открыли ее, но там никого нет. Слышен только топот чьих-то быстро убегающих ног.

Вы вернулись обратно к своим делам, и тут вновь раздается стук. Вы опять реагируете. Повторяете свой поход к двери. И опять топот чьих-то ног. Явно кто-то издевается.

Вы возвращаетесь и садитесь за стол. Стук. Еще стук. Еще, еще.

Вы уже не реагируете. Реакция угасла. Знакомо? Но почему? Ведь нейроны новизны должны были активизироваться. Они, кстати, находятся не только в среднем мозге, но и в других структурах, например в таламусе.

Так вот, Соколов очень внимательно проанализировал данные и пришел к выводу, что, когда нейроны-детекторы засекают новый стимул, в мозге формируется модель этого самого стимула, закодированная группой клеток. А мы уже знаем, как это может происходить (на примере сложных объектов, таких как «нейрон бабушки», – там тоже много нейронов собирают информацию по крупицам и отправляют к самому главному).

И когда в следующий раз в мозг приходит тот же сигнал (например, очередной стук в дверь), нервная система как бы сравнивает пришедший сигнал с той моделью, которая была получена до этого. И вуаля! Волшебство! Если параметры совпадают, то и рефлекс вытормаживается. И мы уже не реагируем. На самом деле в этот же момент активизируются и другие клетки, называемые нейронами тождества. Они как раз и тормозят всю систему. Это такая защита мозга от перегрузки однотипными (ничего не значащими) стимулами. Ведь любое реагирование требует затрат ресурсов, а их надо экономить!

Но тут и кроется главное коварство нашего мозга. Этот механизм универсален.

Мозг создает модели стимулов, начинает считать их «неинтересными», и мы перестаем на них реагировать. А ведь стимулами могут быть и новые слова изучаемого нами иностранного языка, и картины великого художника.

Кстати, отчасти по этой же причине мы можем долго-долго гонять по кругу одну и ту же понравившуюся нам песню, но через какое-то время нейронная модель станет частью долговременной памяти (и все, интерес пропал). А зачем спрашивается? От песни ни жарко ни холодно. Ни еды ни воды. А мозгу это неинтересно.

Так вот, тут и «вылезают» все главные проблемы в обучении. Мозг говорит сам себе: «я это видел, на это реагировал, туда мы плавали, это мы знаем». У человека рассеивается внимание, ему становится скучно. И единственное, что способно спасти ситуацию, – это правильная мотивация, которая во многом обеспечивается работой вышележащих структур.

В среднем мозге залегает так называемая черная субстанция. Это важнейшая структура, обеспечивающая нашу мотивацию что-то делать физически. Она действительно выглядит очень темной в световом микроскопе, потому что в ее клетках содержится красящий пигмент – нейромеланин. В черной субстанции находятся нейроны, вырабатывающие дофамин, который затем отправляется в вышележащие структуры второго этажа.

И вот тут начинается самое интересное. Как раз дофамин и позволяет нам осуществлять мелкие и точные движения, да и вообще он оказывает серьезное влияние на нашу общую двигательную активность. Ученые выяснили, что если клетки черной субстанции вырабатывают мало дофамина, то человек, скорее всего, – любитель полежать на диване (как Илья Ильич Обломов из известного произведения И. А. Гончарова). Такой человек не получает особого удовольствия от излишней двигательной активности. Он больше радуется еде, новому сериалу или книге.

А вот если дофамина вырабатывается много, человек очень подвижный (Андрей Иванович Штольц из того же романа). Он испытывает удовольствие, двигаясь. Такие люди часто выбирают активные виды отдыха. Срабатывает эффект положительного подкрепления за счет занятия тем, к чему предрасположена наша дофаминовая система.

Получается, нейрофизиология черной субстанции решает, быть вам живчиком или «любителем дивана». Конечно, есть и промежуточные варианты, когда человек получает удовольствие от разных занятий.

Также в среднем мозге располагаются вегетативные центры, ответственные за сужение и расширение зрачка, что позволяет нам видеть как в ясный день, так и в сумерках. Помните, я упоминал ядро Якубовича? Это как раз его работа. Здесь же залегают ядра глазодвигательных нервов и одно из ядер тройничного нерва.

Выше среднего мозга эволюция надстроила промежуточный. Это последний отдел первого этажа, но, пожалуй, самый развитый. В нем выделяют таламус и гипоталамус. Таламус служит переключателем практически всех видов чувствительности: зрительной, слуховой, тактильной, болевой, температурной, он решает, что отправить выше в кору для дальнейшего анализа.

В гипоталамусе находятся древние центры обоняния, и здесь же располагается настоящий химический компьютер мозга, контролирующий обмен веществ в организме и температуру тела. В гипоталамусе находятся центры боли и удовольствия, центры жажды, голода и насыщения, а также некоторые центры сна и бодрствования.

Именно эти центры инициируют поведение, направленное на удовлетворение той или иной потребности. Когда уровень глюкозы в крови падает, мы получаем сигнал о том, что пора подкрепиться, именно из гипоталамуса. Установлено, что у женщин и мужчин есть различия в строении некоторых ядер гипоталамуса. Вероятно, этим и объясняется специфика поведения разных полов.

В гипоталамусе, а также в гипофизе, образуются энкефалины и эндорфины, обладающие схожим с морфинами действием. Выработка этих веществ позволяет снизить уровень стресса.

Мы выяснили, каким именно образом структуры первого этажа регулируют связанные с жизнедеятельностью функции организма. Вместе эти структуры действуют как слаженная система. Она не прекращает работу, даже когда человек находится в коме или когда часть его тела парализована вследствие травмы позвоночника. То есть это совершенно автономная система жизнеобеспечения человека. Она, словно идеальный хозяйственник, присматривает за нами и готовит наше тело к любым невзгодам. Также на первом этаже мозга находятся основные центры вегетативной нервной системы. Они обеспечивают постоянство внутренней среды организма: поддерживают температуру тела, состав и давление крови, регулируют насыщение органов кислородом и процессы пищеварения.

Второй этаж мозга (эмоциональный мозг)

В процессе эволюции из мозгового ствола сформировались эмоциональные центры. В их состав входят структуры древней и старой коры, которые объединяют в лимбическую систему.

Лимбическая система координирует эмоциональные, мотивационные и биохимические процессы. Она интегрирует две важнейшие функции человека: эмоции и память. Разрушение части лимбической системы приводит к эмоциональной пассивности, а стимуляция – к эмоциональной гиперактивности.

У лимбической системы есть важная особенность: между ее структурами имеются простые двусторонние связи, образующие множество замкнутых кругов. Такая организация создает условия для длительного поддержания в системе одного и того же возбуждения, что позволяет лимбической системе навязывать эти состояния другим системам мозга.

Возможно, именно поэтому нам так тяжело избавиться от каких-то навязчивых эмоций и переживаний. Сигналы возбуждения долго циркулируют внутри замкнутых кругов, постоянно поддерживая нас в эмоциональном напряжении.

Американский невролог Джеймс Пейпец выделил целую группу структур, связанных с эмоциями, включив в их число гиппокамп, передние ядра таламуса, цингулярную кору и парагиппокампову извилину. Именно эти структуры имеют отношение к памяти и процессам обучения. Важнейшая функция лимбической системы – взаимодействие с механизмами памяти. Долгое время исследователи вообще не могли обнаружить структуры, отвечающие за нашу память, пока не произошел один примечательный случай, навсегда вошедший в историю медицинской науки.

Рис. 23. Строение лимбической системы мозга

Генри Молисон с детства страдал серьезной формой эпилепсии. Во время приступов его сильно трясло. Оба полушария мозга вовлекались в неконтролируемое возбуждение, заставляя тело несчастного Генри биться в судорожных конвульсиях. После окончания школы он некоторое время работал на конвейере по сборке пишущих машин. Но приступы в конечном счете стали настолько тяжелыми, что ему пришлось уйти с работы. Он перепробовал массу лекарств, но ни одно из них не сработало. Врачам удалось установить, что очагом эпилептических припадков у него был гиппокамп. Но тогда врачи знали о гиппокампе совсем немного. Решили провести операцию и удалить гиппокамп и прилегающие к нему структуры с обеих сторон. На тот момент Генри было 27 лет.

После операции у Генри действительно наступили улучшения. Но с ним произошла удивительная вещь: он больше никогда не запоминал новых событий. Каждый день он словно начинал жить заново, совершенно не помня, что с ним было вчера. Генри не потерял возможность приобретать новые навыки, но он больше не мог запоминать то, что происходило с ним после операции.

Так стало ясно, что во многом благодаря гиппокампу лимбическая система обеспечивает и еще одну важную функцию – память о событиях и накопленных знаниях.

В круг Пейпеца включается и цингулярная кора. Она вовлечена в процессы, связанные с принятием решений и планированием действий.

Некоторые исследователи полагают, что цингулярная кора определяет так называемую когнитивную гибкость. Когнитивная гибкость отражает способность человека адаптироваться к переменам, успешно решать новые задачи.

При чрезмерной активности цингулярной коры у человека возникает потребность сделать что-то именно сейчас. Не через пять-десять минут, а прямо сейчас! Активность цингулярной коры может быть обусловлена как врожденными особенностями строения мозга, так и какими-то внешними обстоятельствами.

Например, жена просит мужа убрать за собой посуду со стола. Тот отвечает, что сделает это через пару минут – только допечатает длинное СМС коллеге. Цингулярная кора рассылает многочисленные импульсы к другим структурам второго и первого этажа, вовлекая гиппокамп, таламус, гипоталамус, лишая кору мозга возможности вытормозить эмоциональную реакцию. Внутри жена начинает закипать, импульсы все активнее раздражают круг Пейпеца. Наконец эмоции окончательно берут верх над рассудком и она гневно требует, чтобы он сейчас же убрал посуду. Начинается ссора.

Как вы понимаете, зеркальную ситуацию можно наблюдать и с супругом. Второй этаж крепко держит нас в своих эмоциональных тисках.

Признаками отсутствия когнитивной гибкости могут служить следующие особенности:

• употребление определенных блюд и отказ пробовать новые;

• стремление к тому, чтобы предметы в комнате находились на строго определенных местах;

• сильное расстройство, если в последний момент поменялись планы на вечер.

Подобная когнитивная негибкость способна разрушить и счастье, и радость общения, и близкие отношения.

При некоторых нарушениях цингулярной коры человек имеет тенденцию «зацикливаться», часто возвращаться к одной и той же мысли. Такие люди постоянно помнят прошлые обиды и травмы, будучи не в состоянии их «отпустить». Они могут фиксироваться на негативных переживаниях, у них также может развиваться навязчивое поведение, например постоянное мытье рук или стремление проверять замки на дверях. Конечно, за такое поведение отвечают и другие структуры, но цингулярная кора играет одну из главенствующих ролей.

Благодаря исследованиям со сканированием мозга стало известно, что цингулярная кора участвует в «заглядывании в будущее». При нормальной работе этой части мозга нам легче планировать и ставить перед собой разумные цели. Если же работа цингулярной коры нарушена, человек склонен видеть опасность там, где ее нет, ждать неблагоприятного исхода ситуаций и чувствовать себя в этом мире очень уязвимым. Таким образом, становится понятно, что для принятия разумных решений необходима нормально работающая цингулярная кора, поскольку она обеспечивает гибкость ума.

С переживанием негативных эмоций связана работа еще одной структуры лимбической системы – амигдалы. У животных при разрушении амигдалы отключается чувство страха.

Физиологам давно было известно, что в мозге есть несколько путей обработки информации: детализированный, с мельчайшими подробностями, и путь размытой информации, включающий лишь общие очертания образов и силуэтов.

Зачем же мозгу поток размытой, неточной информации?

Оказалось, что в амигдалу размытая информация приходит раньше, чем в кору мозга. Это необходимо, чтобы быстрее реагировать на предельно опасные ситуации. Представьте, что вы идете по лесу и видите на тропке палку, похожую на змею, – вы вздрагиваете. Это амигдала моментально реагирует на размытую информацию. Она тут же отдает команды в моторные структуры мозга. И, еще даже не осознав всей опасности до конца, вы готовы защищаться. Но на этом функции амигдалы не исчерпываются.

Чарльз Уитмен был примерным семьянином, хорошим работником, учился в колледже, но однажды утром он взял пистолет, дробовик, 3 винтовки, застрелил 13 человек и ранил около 33, пока его не застрелили полицейские. Позже выяснилось, что ночью он убил жену и мать. Можно было бы просто наклеить ярлык маньяка на Чарльза Уитмена, если бы он не оставил странную записку, которая поставила в тупик тех, кто ее обнаружил. В записке значилось: «Со мной что-то не так, прошу после моей смерти сделать вскрытие и посмотреть, есть ли в моем теле видимые физические отклонения». Врачи обнаружили, что на амигдалу Уитмена давила большая опухоль.

Более детальные исследования показали, что чем крупнее амигдала, тем более агрессивен человек по своей природе, и поведение людей лишь отчасти можно объяснять воспитанием.

Мы уже по касательной затрагивали в повествовании такую структуру, как прилежащее ядро (давайте даже назовем его по-латыни – nucleus accumbens).

Джеймс Олдс и Питер Милнер из Университета Макгилла (Монреаль) пытались выяснить, как, стимулируя мозг, можно влиять на поведение животных. Помещая электроды в разные зоны мозга, ученые неожиданно обнаружили участок, умеренная электрическая стимуляция которого, по их мнению, вызывала у животных опьяняющее наслаждение. Пользуясь этим методом, Олдс и Милнер убедились, что могут заставить животное сделать все что угодно. Стимулируя данную зону мозга в момент, когда крысы были на полпути к выходу из лабиринта, где их ждала вкусная зерновая смесь, исследователи обнаружили, что грызуны просто останавливались и стояли на месте. Они не пытались добраться до лакомства. Выяснилось, что структурой, в которую попал электрод, было как раз прилежащее ядро.

Представьте, что вы сели на диету. Сидите неделю, другую, килограммы вроде уходят. Но тут раз – и пробрал жор. Да еще и под самый вечер. Живот прямо скручивает, хочется есть. Это прилежащее ядро делает рассылку импульсов по мозгу. Оно, как непослушный ребенок, заставляет мозг удовлетворять сиюминутные желания (хочу, хочу, хочу!). Оно же «подначивает» и цингулярную кору. А если жару поддаст еще и ретикулярная формация, человек тут же несется к холодильнику. А теперь представьте: бежите вы к холодильнику, раз – и вам простимулировали определенную часть прилежащего ядра и цингулярной коры. Вы и передумали… И тортик уже совсем не вкусным кажется, и пора бы спать идти. Но это не все сюрпризы, которые приберегла нейрофизиология прилежащего ядра.

Рис. 24. Объединенная схема путей дофаминовой и серотониновой систем

Если электроды подключали к педали, с помощью которой крысы могли самостоятельно посылать импульсы в мозг, животные нажимали на нее без остановки. Некоторые – более тысячи раз за час! Стимуляция этого участка создавала у крыс иллюзию, что они вот-вот получат положительное подкрепление. Но главная печальная новость заключалась в том, что крысы так и не смогли испытать удовольствия. Почему?

Оказалось, что схожим образом можно воздействовать и на мозг человека. Многие ученые и журналисты назвали прилежащее ядро «центром удовольствия», но в действительности это не совсем так.

Рис. 25. Крыса нажимает на педаль и стимулирует прилежащее ядро

Выяснилось, что прилежащее ядро само по себе не является центром удовольствия: оно способно оценивать ожидаемое удовольствие. Сами Олдс и Милнер писали:

Вероятно, мы обнаружили в мозге зону, характерная функция которой – обеспечение положительного подкрепления поведения животного.

Таким образом, прилежащее ядро (являясь частью дофаминовой системы) участвует в создании состояния ожидания награды. А вот само ощущение удовольствия связано уже с работой гипоталамуса, который обеспечит выброс эндорфинов.

К слову, в лимбическую систему входят и такие структуры как стриатум (планирование сложного комплекса действий), мамиллярные тела (формирование памяти), обонятельный тракт (эмоции, связанные с запахами) и другие.

Понадобились миллионы лет эволюции для того, чтобы над эмоциональными структурами мозга сформировалась кора больших полушарий – рассудочная часть мозга. Поверх старой коры возникли новые слои – неокортекс.

Третий этаж («человеческий мозг»)

Мы узнали, что «рептильный мозг» вовсе не рептильный. Он такой уже и у рыб, и у жаб. Просто у рептилий многие структуры первого этажа наиболее развиты (в сравнении с более примитивными животными). Мы увидели, как срабатывают структуры «обезьяньего мозга» на втором этаже. И теперь давайте, наконец, обратимся к нам самим.

В коре больших полушарий мозга есть области, куда стекается информация от органов чувств (глаз, ушей, рецепторов кожи и так далее). У каждого органа чувств в коре есть несколько как бы подобластей анализа информации, называемых полями. Условно информация обрабатывается поэтапно (поэтому поля называют первичными, вторичными, третичными).

Первичные поля получают информацию, опосредованную через наименьшее количество переключений в зрительном бугре среднего мозга, или таламусе. На этих полях как бы спроецирована поверхность рецепторов органов чувств. Но в свете современных данных проекционные зоны нельзя рассматривать как устройства, воспринимающие раздражения «точка в точку».

Например, у нас в глазах 120 миллионов колбочек, отвечающих за черно-белое зрение, и 6–8 миллионов колбочек, реагирующих на цвета (красный, синий, зеленый). Каждая из палочек и колбочек как бы представляет собой точку восприятия. Информация на сетчатке складывается будто из точек-пикселей (как на экранах планшетов или смартфонов). Говоря языком цифровой техники, разрешающая способность нашего глаза 120–130 мегапикселей. Для сравнения, средние камеры современных телефонов имеют матрицы 12–16 мегапикселей. Получается, матрицы наших глаз в 8–10 раз чувствительнее. Но тут не все так просто.

Дело в том, что перед тем, как информация отправляется от колбочек и палочек в мозг, она попадает на так называемые ганглиозные клетки. Каждая из таких клеток собирает информацию приблизительно от 100 палочек и колбочек. То есть информация как бы суммируется и упрощается. Вдумайтесь: происходит потеря качества почти в 100 раз! И разрешение изображения, которое мы отправляем в мозг, составляет уже всего лишь 1,2 мегапикселя. Такие камеры были в телефонах в начале 2000-х годов.

А теперь вспомните еще про слепое пятно и ужаснитесь тому, насколько на самом деле искажена информация, которую получает наш мозг. И как сильно он вынужден ее подправлять, редактировать, «фотошопить»! Причем это так или иначе будет касаться всех видов чувствительности. Конечно, это несколько механистическое сравнение, но оно дает нам представление о том, что информация поступает в мозг в несколько искаженном виде или, по крайней мере, не совсем такой, какой ее регистрируют наши фотоаппараты и видеокамеры.

Первичные поля собирают данные о таких видах чувствительности, как кожная, слуховая, зрительная, вкусовая.

Вторичные поля новой коры получают проекции от органов чувств через дополнительные переключения в подкорке (на первом и втором этажах), что позволяет производить более сложный анализ того или иного образа.

Третичные поля, или ассоциативные зоны, получают информацию от неспецифических подкорковых ядер, в которых суммируется информация от нескольких органов чувств, что позволяет анализировать объект в еще более абстрагированной и обобщенной форме.

Считается, что один из показателей степени развития интеллекта – умение составлять многогранные абстрактные понятия из набора более простых. Благодаря этому мы научились описывать наш мир символами: цифрами, формулами, уравнениями и графиками, – а нашу социальную жизнь посредством музыки, стихов, театра, живописи, литературы, кино и социальных сетей.

Именно в третичных ассоциативных зонах новой коры сенсорные сигналы интерпретируются, осмысливаются и, при необходимости, используются для определения наиболее подходящих ответных реакций.

Анатомически выделяют затылочную, височную, теменную и лобную доли. В затылочной доле находятся центры, связанные со зрением, в височной – со слухом, в теменной – области чувствительности нашего тела.

Рис. 26. Доли коры больших полушарий мозга (схема)

Например, в постцентральной извилине находятся представительства разных участков поверхности нашего тела. Если собрать их, получится человечек. Его называют гомункулус Пенфилда. Обратите внимание, насколько он диспропорционален: большие губы, язык, кисти рук.

Вы наверняка догадались почему: эти участки тела собирают наибольшее количество сенсорной информации. Нашему организму, например, важно понимать, съедобная ли пища попала в рот. Для этого язык оснащен большим количеством рецепторов. А значит, и клеток, воспринимающих информацию от них, в гомункулусе больше.

Рис. 27. Схема проекций тела в коре мозга (человечек Пенфилда)

Особняком стоят лобные доли – вершина эволюции человеческого мозга. Именно в лобных долях расположены ассоциативные зоны, связанные с мышлением, сознанием, интеллектом. В лобных долях сосредоточены наши культура, этикет, нормы поведения в обществе. Лобные доли ответственны за планирование сложных действий, поэтому здесь находятся нервные клетки, которые отвечают за принятие решений.

Кора лобных долей помогает обдумывать действия заранее, до того как мы их осуществим. К примеру, если вы ссоритесь с мужем или женой и лобные доли у вас работают хорошо, скорее всего, вы станете реагировать обдуманно, а ваши ответы исправят ситуацию. В случае если работа лобных долей затруднена, например под действием алкоголя (который тормозит функцию сознательного контроля), вы, вероятно, скажете такое, от чего вам станет только хуже. Так можно разболтать секрет и сказать что-то очень откровенное. Недаром есть пословица «Что у трезвого на уме, то у пьяного на языке». Подробнее о том, как влияет алкоголь на клетки лобных долей, мы поговорим в конце этой части.

Лобные доли помогают нам решать проблемы, просчитывать, как будет развиваться ситуация, и, используя опыт, выбирать из нескольких вариантов оптимальный. Хорошее функционирование лобных долей необходимо в такой игре, как шахматы. Эта же часть мозга отвечает за то, как мы учимся на собственных ошибках.

Также лобные доли имеют обширные двусторонние связи с лимбической системой мозга, контролируют оценку мотивации поведения и программирование сложных поведенческих актов.

В норме у всех людей в процессе поведенческих актов задействованы как структуры подкорки, так и области новой коры мозга.

Нейрохимическая теория, или Как работают препараты для мозга

Мы с вами выяснили, что интерпретировать нервно-психические коды с позиций современной науки пока невозможно по целому ряду причин. Сейчас мы знаем, что есть цепочки из нервных клеток, по которым бегает нервный импульс. И бесконечное множество цепочек (объединяющихся в сети) обеспечивает самые разнообразные процессы обработки информации в мозге.

Строго говоря, как такового электрического импульса (да еще, как иногда это представляют в компьютерных моделях, со светящимися или искрящимися потоками световой энергии) в нервной системе нет. Вместо этого в результате выброса нейромедиатора происходит открытие ионных каналов (пор) для заряженных частиц. Эти поры находятся в мембране нервной клетки. Через них могут перемещаться ионы натрия, калия, хлора и так далее.

На самом деле правильнее говорить о потенциале действия, а не о нервном импульсе. Потенциал действия – это такая волна возбуждения, которая перемещается по мембране нервной клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на некотором участке.

Положительно заряженных ионов натрия (Na+) в 20–30 раз больше вокруг нейрона, чем внутри него. Из-за этого наружная поверхность мембраны нейрона заряжена положительно по отношению к внутренней поверхности этой же мембраны. Но когда медиатор связывается с рецепторами, происходит открытие натриевых каналов (пор). И положительно заряженные ионы натрия (Na+) поступают внутрь нейрона. Из-за этого мембрана нервной клетки приобретает условный отрицательный заряд (ведь положительно заряженные ионы Na+ уже утекли внутрь). Причем происходит эта смена заряда не сразу на всей мембране клетки, а на каком-то небольшом ее участке.

Рис. 28. Участок мембраны нейрона с ионными каналами (компьютерная модель)

И так постепенно, участок за участком, по мембране (в том числе и по длинному отростку) происходит смена заряда. Предыдущий кусочек мембраны как бы подначивает следующий участок менять заряд (как в цепной реакции). Таким образом, потенциал действия – это физиологическая основа нервного импульса.

Конечно, это очень упрощенная схема, потому что в процессе передачи импульса (возникновения потенциала действия) могут принимать участие и другие молекулярные системы.

Но в действительности, несмотря на понимание описанных выше биофизических и химических механизмов, у науки пока нет хорошо работающей модели мозга. Нужна такая модель, которая бы подробно отражала все аспекты его деятельности.

Фармакологи, медики и физиологи XX века активно искали вещества, с помощью которых можно было бы воздействовать на наше поведение. Наряду с открытием первых нейромедиаторов шел поиск препаратов, способных воздействовать на них. Так постепенно зарождалась нейрохимическая парадигма работы мозга.

Принцип воздействия нейромедиаторов на разные рецепторы

Как мы уже выяснили ранее, нейромедиаторы связываются со специфическими белковыми комплексами – рецепторами, после чего проводится нервный импульс. Причем узнавание происходит по принципу «ключ к замку», то есть лишь специфическая молекула конкретного нейромедиатора подходит определенному рецептору. Чтобы дальше понимать, как действуют нейромедиаторы, а также различные препараты, нужно всего лишь уяснить базовые принципы работы рецепторов на поверхности клеток мозга.

Существует два основных типа рецепторов. Первый тип имеет прямую связь с порами (ионными каналами) для заряженных частиц. Такой рецептор называется ионотропным. Как только медиатор связался с ним, пора открывается и частицы устремляются внутрь клетки (рис. 29).

Другой тип рецепторов называют метаботропным. Та-кие рецепторы не связаны напрямую с ионным каналом, но соединены с системой биологически активных молекул. Когда нейромедиатор связывается с таким рецептором, в клетке изменяется метаболизм.

Метаботропный рецептор, связавшись с нейромедиатором, посылает сигнал целой системе физиологически активных молекул внутри клетки. Например, это могут быть G-белки. А они уже проводят сигнал дальше, после чего происходит либо открытие, либо закрытие ионных каналов. Не нужно сейчас пытаться все это запомнить. Постарайтесь просто понять принцип действия: рецептор как бы активирует сигнальную систему, принимающую решение о том, что делать с порами (ионными каналами) клетки (рис. 30).

Обратите внимание, что обычно сигнальные системы состоят из множества молекул (они называются молекулами-посредниками). Возникает закономерный вопрос: а почему бы бабуле-природе не сделать все каналы ионотропными, чтобы не заморачиваться со всякими молекулами-посредниками?

Рис. 29. Ионотропный рецептор

Предполагают, что дело тут в усилении сигнала. Одна молекула нейромедиатора, задействовав один рецептор, приводит к активации многих других молекул. Если рецепторов несколько, может быть открыто сразу множество каналов. Метаботропные рецепторы влияют на активность всей клетки, в то время как ионотропные – оказывают лишь локальное воздействие на небольшой по площади участок мембраны клетки вокруг самого рецептора. Более того, метаботропные рецепторы работают медленнее, но и эффект длится дольше.

Тормозные и возбуждающие нейромедиаторы

Стоит отметить, что физиологически нейромедиаторы бывают тормозными и возбуждающими. Из названий понятно, что одни активируют (запускают) работу систем мозга, другие, напротив, тормозят.

Если нейромедиатор связывается с рецептором и увеличивается поступление ионов Na+ и Ca2+ внутрь клетки, что приводит к возникновению потенциала действия и проведения нервного импульса, он называется возбуждающим.

Рис. 30. Метаботропный рецептор. Изображена система молекул, которые активируются в ответ на присоединение нейромедиатора к рецептору

Если же при связывании нейромедиатора с рецептором наблюдается поступление ионов хлора (Cl-) внутрь клетки и выход ионов калия (К+) из нее, что приводит к снижению ее возбудимости, речь идет о тормозном процессе. По сути, механизм торможения или возбуждения сводится к связыванию нейромедиаторов с рецепторами и последующему открытию пор (ионных каналов) для тех или иных заряженных частиц. Как ни крути – далеко от нейромедиаторов уйти не получается.

Сами нейромедиаторы были открыты весьма любопытным образом.

В 20-е годы прошлого века биохимик Отто Леви проводил эксперименты, в ходе которых стимулировал блуждающий нерв лягушки. Это приводило к тому, что частота сокращений сердца животного замедлялась. Ученый собирал жидкость вокруг замедлившегося сердца лягушки и наносил на сердце другого животного. И оно тоже начинало замедляться! Это выглядело как настоящая фантастика.

Интересно, что параллельно с Леви это же вещество обнаружил американский физиолог Генри Дейл. Удивительным веществом оказался нейромедиатор ацетилхолин. Именно он выделяется в нервно-мышечном синапсе (контакте между нервным окончанием и мышцей).

За это открытие оба исследователя получили в 1936 году Нобелевскую премию. Так началась история нейрохимической теории мозга.

Именно в рамках этой концепции и было принято считать все нейроны, работающие с тем или иным нейромедиатором, отдельными системами. Ацетилхолиновая система достаточно обширно представлена в мозге. Иногда ее еще называют холинергической системой.

Ацетилхолин

На первом этаже (в стволе мозга) находятся нервные клетки, которые синтезируют ацетилхолин, а затем по отросткам отправляют его в структуры второго этажа (базальные ганглии). В этих структурах есть свои нейроны, выделяющие ацетилхолин. Их отростки густо расходятся по коре мозга, а также отправляются в гиппокамп (структуру, связанную с памятью).

Внутри ацетилхолиновой системы обнаружено два вида рецепторов: мускариновые и никотиновые. Мускариновые рецепторы являются метаботропными, а никотиновые – ионотропными. Сами рецепторы распределены в мозге неравномерно. Например, в среднем и продолговатом мозге представлены преимущественно мускариновые рецепторы, тогда как в гиппокампе и коре встречаются оба вида.

Обратите внимание, что никотиновые рецепто-ры являются ионотропными, а значит – быстрыми. Как вы можете догадаться, они реагируют на воздействие табака, содержащего никотин. Подробнее о том, как курение влияет на память и внимание, мы поговорим во второй части книги.

Рис. 31. Строение ацетилхолиновой (холинергической) системы

Работа ацетилхолиновой системы связана с таким явлением, как синаптическая пластичность. Это способность контактов (шипиков) изменять свою архитектуру во время обучения. Для запоминания новой информации необходимо создание синапсов или их перестройка.

Аксоны ацетилхолиновой системы способны помогать клеткам, использующим другие нейромедиаторы, проводить нервные импульсы. Так ацетилхолиновые нейроны открывают дополнительные ионные каналы на клетках гиппокампа, помогая последним передавать сигнал на следующий нейрон. Полагают, что это облегчает запоминание новой информации.

В исследованиях 2000-х годов было показано, что ацетилхолин играет важную роль в обеспечении процессов внимания. Причем особенно активно в работу включаются никотиновые рецепторы. Они быстрые, и за счет этого мы можем с большой скоростью переключать внимание с одного объекта на другой. Удалось доказать, что нарушение глубоких структур (первого этажа) ацетилхолиновой системы ухудшает работу некоторых отделов лобных долей, что ведет к снижению внимания.

Логично предположить, что раз ацетилхолиновая система обеспечивает внимание (пусть даже и частично), неплохо было бы ее простимулировать.

А теперь маленькое отступление. Мы с вами уже познакомились с принципами работы синапсов и поняли, что без молекул нейромедиатора никуда.

Почти все препараты, воздействующие на нервную систему, идут по одному из двух путей:

1. Напрямую воздействуют на рецептор и запускают процесс передачи импульса или же, напротив, блокируют сам рецептор, предотвращая передачу.

2. Увеличивают количество нейромедиатора в щели, чтобы он сам активировал рецепторы и запускал передачу импульса.

Вот и вся магия. В первом случае молекулы вещества (препарата или наркотика) имитируют нейромедиатор (потому что имеют химическую конфигурацию, похожую на него) и работают по принципу «ключ к замку».

Если надо заблокировать рецептор, молекула препарата обычно имеет в составе участок, способный связываться с ним. Так молекула садится на рецептор, не позволяя ему связываться с нейромедиатором. При этом передачи нервного импульса не происходит.

Во втором случае препараты воздействуют на системы клеток так, чтобы нейромедиатор накапливался в щели. К примеру, они могут подавлять действие фермента, разрушающего нейромедиатор. Либо блокируется захват нейромедиатора из щели. Такое втягивание молекул нейромедиатора (в пресинаптическую мембрану) называют обратным захватом. Бабуля-природа, вообще, экономичная старушка. Нет смысла многократно синтезировать молекулы, если можно обратно захватить те, что остались в щели.

То есть мы подавляем процесс обратного захвата, что позволяет нейромедиатору накапливаться в щели. В разных ситуациях могут быть свои особенности, но базовые принципы одни и те же.

В случае с ацетилхолиновыми препаратами применяются ингибиторы (подавители работы) ацетилхолинэстеразы – фермента, разрушающего нейромедиатор ацетилхолин прямо в синаптической щели. Как вы понимаете, это приводит к увеличению количества медиатора в щели и улучшению передачи сигнала между клетками.

К препаратам, воздействующим на ацетилхолинэстеразу, относят галантамин и ривастигмин. Есть данные, что эти препараты также способны уменьшить выраженность симптомов болезни Альцгеймера.

Важно понимать, что ацетилхолиновые рецепторы встречаются не только в мозге. Ацетилхолин – это ключевой нейромедиатор нервно-мышечной передачи. Именно с его помощью мышца получает сигнал о том, что надо бы поработать. Поэтому ацетилхолиновые рецепторы есть во всех мышечных органах (в том числе – в желудке и сердце). Ацетилхолин может оказывать серьезное влияние на сердечный ритм.

Поэтому воздействие препаратами на ацетилхолиновую систему должно проводиться крайне осторожно, под контролем специалистов.

Справедливости ради нужно заметить, что есть и пре-параты, блокирующие работу ацетилхолиновых рецепторов. Атропин связывается с рецепторами и делает их нечувствительными к ацетилхолину. Введение атропина приводит к увеличению частоты сердечных сокращений, расширению зрачков. То есть атропин выключает из работы ту часть нервной системы, которая работает на ацетилхолине. Например, в случае с сердцем блокируется тормозящее действие со стороны блуждающего нерва и поэтому сердечная мышца сокращается чаще.

Как мы видим, вполне себе механистично-физиологический эффект. Выключили тормоз – заработало быстрее.

В научной литературе вещества, оказывающие возбуждающее воздействие на мускариновые рецепторы, называют М-холиномиметиками, а препараты, подавляющие их работу, – М-холиноблокаторами.

Нет возможности в одной книге рассказать обо всех свойствах этих препаратов, поэтому предлагаю вам самостоятельно поискать информацию о них. Вы увидите, что они имеют широчайший спектр применения в самых разных областях медицины, начиная с подбора очков и заканчивая лечением насморка.

Дофамин

Очень часто в популярной литературе дофамин называют гормоном счастья. Но с точки зрения нейробиологии это не так. Исследователи до сих пор не обнаружили никаких гормонов счастья.

Мозг не был придуман для бесконечного счастья и ощущения удовлетворения. Напротив, природа постоянно преподносила нашим предкам «сюрпризы» в виде стихийных происшествий, опасных хищников, засух, безводья и так далее.

Как мы сумели понять, нейромедиаторы выполняют определенную физиологическую функцию. Так вот, главная функция нейронов, работающих на дофамине, заключается в создании определенного состояния, характеризующегося возбуждением, приливом энергии.

Когда нам сообщают, что в конце месяца мы получим дополнительную премию, внутри нас как раз и возникает это самое состояние психологического подъема. Наш мозг предвосхищает удовольствие. Вспомните, как крыса в эксперименте Олдса и Милнера жала на педаль. Она ожидала поощрения. Только мы, вместо нажатия на педаль, идем работать (также ожидая поощрения, но в виде премии). Правда, в отличие от крысы, мы способны держать в голове идею о том, что поощрение будет не скоро, а лишь в конце месяца.

Понять это мы способны благодаря хорошо развитому третьему этажу мозга с новой корой. Лимбическая система второго этажа (где синтезируется дофамин) играет роль такого эмоционального генератора внутреннего драйва, мотивации. У животных на этом все и заканчивается. Животные с плохо развитой корой мозга просто бросаются вперед при виде добычи (эту мотивацию им также создает дофамин) – мы же способны проанализировать целесообразность тех или иных действий.

Кора помогает нам остановиться и не натворить глупостей. Она помогает нам вытормозить излишние желания.

К примеру, человек, страдающий диабетом, видит большой вкусный торт. Дофаминовая система на втором этаже активируется, и у человека может возникнуть ощущение предвкушения удовольствия, которое он получит от тающего во рту крема. Но кора мозга знает, что такой сладкий десерт вреден для организма. Поэтому она блокирует подобное желание, подключая по нисходящим связям еще и амигдалу, которая заставит человека испытать страх за свою жизнь. Работу коры мозга мы рассмотрим чуть позже на других наглядных примерах.

Таким образом, можно сделать вывод, что дофамин нам нужен для создания некоторого эмоционального фона. Он как бы рисует в нашем мозге цель с «яблочком», в которое нужно непременно попасть. Вспомните состояние, когда вы были уверены в выигрыше вашего лотерейного билета, или считали, что точно победите в эстафете или совсем скоро отправитесь в оплачиваемый отпуск в теплые края. Вспомните эти ощущения.

Интересно, что, если в мозге вырисовывается путь удовлетворения потребности, мы испытываем ощущение некоторого удовольствия. Это и есть работа дофаминовой системы.

По сути, мозг стремится к некоторому состоянию комфорта, расслабленности. Мы как бы бежим от дискомфорта. Если испытываем голод, появляется мотивация встать с дивана и идти искать пищу в холодильнике, а если ее там нет, отправиться за ней в магазин или заказать на дом.

Вот почему важно ставить перед собой адекватные цели. Если вы не видите пути к их достижению, то и дофамин не вырабатывается. Конечно, человек может обманываться, полагая, что цель достигнуть проще, чем оно есть на самом деле. Такой человек витает в мире иллюзий, мечтаний. Да, какое-то время у него будет вырабатываться дофамин, но только до тех пор, пока он не столкнется с реальностью мира и не встретится с непреодолимым препятствием. Тут и наступит время расплаты за весь предыдущий дофамин. Таким образом, если не научиться выстраивать реалистичные цели и ожидания, каждый провал (и снижение дофамина) будет восприниматься мозгом как глубокий кризис. А этого допускать нельзя.

Самый простой способ избежать разочарований – тщательное планирование путей достижения ваших целей. Также полезно предварительно выслушать опытных людей. Быть может, вам и не понравятся их честные советы, но, по крайней мере, это позволит вам более реалистично смотреть в будущее и готовиться к тому, что путь будет чуть извилистее, чем вы изначально полагали.

Сейчас в дофаминовой системе обнаружено пять классов рецепторов: DRD1, DRD2, DRD3, DRD4, DRD5. DRD1 и DRD5 относят к рецепторам I типа, остальные – ко II типу.

Последствия воздействия на те или иные типы рецепторов различны. Группа Этана Бромберга-Мартина предположила, что связывание с рецепторами I типа приводит к активации клеток. Если же дофамин садится на рецепторы II типа, то наблюдается, напротив, снижение активности клеток.

Давайте рассмотрим, как работают рецепторы, на простом примере. Вам предлагают выполнить некоторую ра-боту за денежное вознаграждение. Перед получением денег и во время их получения за выполненную работу у вас происходит выброс дофамина в синаптические щели. В этот же момент в работу активно включаются клетки с рецепторами I типа. Постепенно выделение дофамина сдвигается по времени не к получению денежной компенсации, а к выполнению самой работы (потому что вы предвкушаете получение поощрения). Таким образом формируется мотивация к труду.

Если же после выполненной работы вам не выплачивают деньги, уровень дофамина снижается. Но все-таки часть клеток вырабатывает дофамин, который связывается уже с рецепторами II типа.

Итак, разные типы дофаминовой системы регулируют ценность выполняемого действия. Это во многом может предопределять наши предпочтения, желания, мотивации.

Но дофамин выполняет не только мотивирующую функцию. Он также участвует в регуляции двигательной активности. Давайте коротко рассмотрим организацию работы дофаминовой системы.

Три пути дофамина

Выделяют три основные дофаминовые подсистемы, называемые чаще путями. Первый такой путь – мезолимбический – начинается в области покрышки среднего мозга и заканчивается в области лимбической системы. Условно этот путь связан с нашими желаниями, эмоциональными сиюминутными «хотелками».

Второй путь – мезокортикальный – берет начало из все той же покрышки среднего мозга, но идет дальше, в кору. Здесь уже обрабатываются эмоциональные желания более сложного уровня, связанные с мотивацией, нередко устремленной в далекое будущее.

Оба этих пути работают, чтобы сформировать правильную эмоциональную реакцию на тот или иной стимул (событие), а также создать мотивацию двигаться вперед, что-то делать.

Рис. 32. Распределение различных путей дофамина в мозге

Наконец, третий путь – нигростриарный. Он достаточно короткий (рис. 32). Этот путь связывает черную субстанцию мозга с полосатым телом (стриатумом). Нигростриарный путь регулирует двигательную активность, влияя на тонус мышц.

Некоторые физиологи считают, что от того, насколько активно вырабатывается дофамин в нигростриарном пути, зависит подвижность человека. Выше я уже упоминал, что, если у человека клетки этого пути вырабатывают мало дофамина, он проявляет пассивные формы поведения.

Если же дофамина синтезируется много, у человека, напротив, наблюдается повышенная подвижность. Он получает наслаждение от движения. Все мы не раз встречали таких живчиков из разряда «физкульт-привет».

Несомненно, нельзя объяснять столь различные модели двигательного поведения лишь особенностью дофаминовой системы, поскольку есть множество других факторов. Но само по себе осознание, что наша двигательная активность зависит от уровня синтеза биохимических молекул, может заставить содрогнуться.

Только вдумайтесь, насколько сильно может быть предопределено некоторыми физиологическими факторами наше поведение.

Кстати, именно нейроны нигростриарного пути поражаются при болезни Паркинсона. У человека повышается тонус мышц и появляется характерное неконтролируемое дрожание рук.

Сегодня в арсенале врачей есть поистине волшебное вещество для лечения таких больных: леводопа – L-изомер диоксифенилаланина (L-допа). Только некоторая его часть проходит через гематоэнцефалический барьер. Но даже ее достаточно, чтобы значительно улучшить состояние многих больных. Конечно, у некоторых пациентов могут возникать побочные эффекты. Но если грамотно контролировать прием препарата, действительно наблюдаются изменения в лучшую сторону.

Есть и еще один путь дофамина – тубероинфундибулярный, который связывает дофаминовую систему с гипоталамусом. Для удобства запоминания я выделяю его в отдельную подсистему по причине того, что напрямую здесь дофамин не оказывает воздействия на поведение. Он делает это опосредованно, через гипоталамус. Поскольку гипоталамус – своеобразный химический компьютер мозга, у дофаминовой системы есть возможность влиять на работу некоторых гормонов.

Дофамин, шизофрения, антипсихотики

В настоящее время исследователи полагают, что такие симптомы шизофрении, как галлюцинации, мании преследования, бред, связаны с переизбытком дофамина в мезолимбическом пути. Другие симптомы шизофрении – утрата интереса к внешнему миру, уменьшение повседневной активности – ассоциируют с недостатком дофамина в мезокортикальном пути.

Мне бы не хотелось делать уклон в сторону медицинских аспектов. На эту тему есть масса как специальной, так и научно-популярной литературы. В этой книге и без того достаточно информации, которую нужно осознать и усвоить. Поэтому мы с вами будем касаться лишь базовых принципов работы тех или иных препаратов.

Сегодня для лечения шизофрении применяют антипсихотики, называемые также нейролептика-ми. Эти препараты блокируют дофаминовые рецепторы, не позволяя дофамину связываться с ними.

Антипсихотики бывают нескольких видов в зависимости от того, с какими рецепторами они связываются. Антипсихотики старого поколения (галоперидол, аминазин) связываются не только с дофаминовыми рецепторами, но и с серотониновыми. Они относительно эффективно убирают галлюцинации у больных шизофренией.

Антипсихотики нового поколения (рисперидон) воздействуют на мотивационную составляющую, увеличивая интерес к жизни у человека, страдающего шизофренией.

Как вы, наверное, догадались, антипсихотики способны воздействовать и на рецепторы нигростриарного пути, отвечающего за двигательную систему. Рецепторы дофаминовых нейронов блокируются, и они уже не выполняют свою функцию должным образом. В таком случае у пациентов могут наблюдаться скованность мышц, дрожание рук, то есть те же симптомы, что и при болезни Паркинсона. Итак, мы еще раз наглядно убеждаемся в верности предположения о том, что причина возникновения симптомов этой страшной болезни кроется именно в работе дофаминовой системы.

СДВГ и дофаминовая система

Дофамин так же, как и ацетилхолин, обеспечивает работу внимания – он связан с его переключаемостью. Помимо этого, дофамин позволяет человеку мотивировать себя долго концентрироваться на какой-то деятельности.

В ряде исследований авторы указывают, что нарушения в работе всех дофаминовых генов (DRD1 – DRD5) могут вызывать симптомы СДВГ (синдром дефицита внимания и гиперактивности). Это заболевание у детей и взрослых проявляется в неспособности долго удерживать концентрацию. Ребенок с СДВГ рассеян, может часто терять вещи, не способен долго поддерживать интерес к какой-то умственной деятельности. Такие дети часто выкрикивают с места, делают большое количество ошибок по невнимательности (хотя при этом зачастую обладают достаточно высоким уровнем интеллекта).

Сегодня ведутся дискуссии о том, можно ли считать СДВГ самостоятельным заболеванием. Некоторые ученые полагают, что симптомы СДВГ – это проявления разных нарушений систем, обеспечивающих познавательные функции в мозге. Другие исследователи думают, что синдром связан с засильем современных гаджетов. Возможно, злоупотребление компьютерами и смартфонами и может усугублять течение СДВГ, но я все же склоняюсь к тому, что СДВГ – самостоятельное заболевание.

На это же указывают, к примеру, данные о том, что нарушения в гене SNAP25, ответственном за работу дофаминовой системы, могут влиять на внимание и двигательную активность. То есть мы видим прямую связь между нарушением в генах, связанных с дофамином, и проявлением симптомов СДВГ.

В США и ряде других стран для коррекции симптомов СДВГ активно применяют препарат под названием «Риталин». Его действующее вещество – метилфенидат – блокирует обратный захват дофамина и норадреналина. Из-за этого активность работы определенных структур дофаминовой системы увеличивается. Как следствие, человек становится более собранным.

Но здесь важно понимать, что метилфенидат хоть и слабое, но все же наркотическое вещество, поэтому может вызывать привыкание.

Некоторые люди в США принимают «Риталин» пожизненно, и только так они ощущают себя относительно здоровыми. СДВГ действительно может катастрофически усложнять жизнь. Взрослым с СДВГ трудно выстраивать социальные взаимоотношения, строить карьеру и личную жизнь. К при-меру, они систематически опаздывают на работу, рассеянны, забывчивы.

Когда шесть лет назад я только начинал работать с детьми с СДВГ, мы с коллегами, безусловно, стремились, чтобы дети принимали как можно меньше лекарственных препаратов. Я всегда выступал за немедикаментозные методы терапии СДВГ. Хотя, конечно, есть и относительно безопасные лекарственные средства, применяемые для коррекции этого синдрома например ГАМК-препараты. Чуть ниже мы поймем, почему они не так опасны, как метилфенидат.

Для меня вопрос оправданности применения метилфенидата в коррекции СДВГ остается открытым. Мы должны крайне осторожно и взвешенно подходить к использованию-применению любого лекарственного средства, вызывающего привыкание.

Давайте коротко рассмотрим, как работают дофаминовые наркотики и почему они так коварны.

Наркотические препараты, влияющие на дофаминовую систему

Прежде чем говорить о препаратах и наркотических веществах, важно отметить, что сдвинуть хрупкий баланс в работе дофаминовой системы очень легко.

К примеру, какао воздействует на дофаминовую систему так, что у детей с СДВГ может увеличиваться подвижность, вследствие чего ухудшается усидчивость. Поэтому часто детям с СДВГ прописывают диету, исключающую шоколад и другие какаосодержащие продукты.

Особенное воздействие на дофаминовую систему оказывают психостимуляторы. Эти вещества активизируют психическую деятельность. Вообще, к наркотическим веществам можно так или иначе отнести практически все психостимуляторы (кофе, чай, табак, напитки, содержащие кофеин, и так далее).

Использование психостимуляторов поднимает ряд философских дискуссий на тему того, насколько честны достижения того или иного человека. К примеру, есть некий творческий человек, производящий какое-то количество продуктов интеллектуального труда в единицу времени. Этот человек не употребляет никакие психостимуляторы и честно работает собственным мозгом, долго и упорно. И есть другой человек, пусть даже просто постоянно пьющий кофе (и стимулирующий таким образом свой мозг), который производит в два раза больше. Насколько честны правила игры в таком случае? Можно ли говорить, что один из них более выдающийся?

Конечно, тема заслуживает отдельного разговора, но современная наука постепенно поднимает и такие неприятные вопросы. Возможно, в будущем на конкурсах работ художников, литераторов, режиссеров введут жесткие системы контроля за приемом психостимуляторов.

К более серьезным психостимуляторам относят, например, кокаин, метамфетамин, амфетамин.

Кокаин нарушает процесс обратного захвата дофамина и других нейромедиаторов. Из-за этого наблюдается их чрезмерное скопление в синаптической щели. Дофаминовая система посылает нервные импульсы, каждый раз высвобождая все больше нейромедиатора.

Если человек употребляет кокаин регулярно, постепенно количество дофамина в пресинаптической мембране уменьшается. Организм стремится компенсировать это и начинает наращивать число рецепторов на постсинаптической мембране.

Психическая зависимость от кокаина объясняется в основном неадекватной работой дофаминовой системы. Дофамина становится так мало, что приходится искать способы извне, чтобы хоть как-то почувствовать мотивацию и ощущение предстоящего удовольствия.

При регулярном употреблении кокаина (а психическая зависимость может возникнуть уже после первой дозы) со временем нарушается аппетит и нередко развивается анорексия. А затем, вместо повышенной мозговой активности, уже появляются провалы в памяти, рассеянность и другие неприятные когнитивные нарушения.

Последствия длительного приема кокаина плачевны: психозы, расстройства по типу шизофрении, нарушение репродуктивной функции, эпилепсия и так далее.

Другое наркотическое средство, метамфетамин, также оказывает психостимулирующий эффект за счет воздействия на дофаминовую систему. Метамфетамин очень хорошо проникает через ГЭБ, накапливается в мозге и действует очень длительно. У него сразу два механизма действия. Во-первых, он блокирует моноаминоксидазу – фермент, расщепляющий дофамин, серотонин и некоторые другие нейромедиаторы. Во-вторых, заставляет дофамин поступать в синаптическую щель в еще большем количестве.

Эти процессы вызывают эйфорию, усиливают стремление к творческой деятельности. Под влиянием наркотика художникам, писателям, поэтам в воображении могут являться самые необыкновенные образы.

Хотя в некоторых странах в небольших лечебных дозах метамфетамин иногда назначают в психотерапии, постоянный и бесконтрольный его прием вызывает сильную зависимость. В конечном итоге возникает так называемый абстинентный синдром, сопровождающийся нарушением сна, резкими перепадами настроения, а также появлением суицидальных мыслей. При длительном приеме может возникать расстройство личности, требующее психиатрической помощи.

К сожалению, в моем окружении есть немало очень талантливых творческих людей, которые употребляли различные наркотические вещества. Я не стесняюсь об этом писать. Я очень дорожу этими людьми, каждого из них люблю по-своему. Я потратил немало часов, рисуя им схемки работы синапсов, объясняя, как наркотические вещества самых разных классов убивают нейромедиаторные системы. Временами они злились на меня, сильно раздражались, даже срывались и кричали. Мягко, но настойчиво я вкладывал им в голову необходимые знания, объяснял, как пагубно наркотические вещества влияют на мозг.

Потом я предлагал им альтернативный поиск себя, призывал к честной состязательности в творческом мире. В общем, это было непросто, но достаточно плодотворно. Многие полностью отказались от употребления наркотических веществ, даже перестали пить и курить. Хотя бросить курить я от них не требовал. Это уже было настоящим подарком.

Я никому не рекомендую баловаться с наркотическими веществами. Да, сегодня в нескольких странах легализовано употребление ряда наркотиков. Но нет уверенности, что мы хорошо понимаем отдаленные последствия приема этих веществ. Как я уже сказал, в некоторых странах в психотерапевтических целях также разрешено применение наркотических препаратов, но, как правило, это происходит под строгим контролем специалиста.

Впереди вас ждет еще пара удивительных фактов о том, какие чудовищные вещи способны сотворить с мозгом наркотики. Но сначала несколько слов об антидепрессантах.

Дофаминовые антидепрессанты

К группе антидепрессантов можно отнести все вещества, способствующие либо накоплению нейромедиатора в синаптической щели, либо повышению чувствительности рецепторов и, как следствие, нормализации эмоционального фона человека.

Важно понимать, что клиническая депрессия – это медицинский диагноз. Она нередко требует медикаментозного лечения под контролем врача-психотерапевта.

Условно депрессии делятся на два вида. Первые вызваны сложными жизненными ситуациями, с которыми психика человека по каким-то причинам не смогла справиться самостоятельно. Депрессии этого типа обычно лечат серотониновыми антидепрессантами. Вторые – эндогенные, то есть вызванные внутренними факторами, например наследственностью. И хотя сейчас исследователи спорят о том, есть ли вообще эндогенные депрессии, мне, как человеку с нейробиологическим образованием это видится вполне возможным.

Я об этом пишу, поскольку нередко слышал от практикующих врачей-психотерапевтов, что при лечении некото-рых пациентов классические серотониновые антидепрессанты не работают, зато хорошо помогают дофаминовые. Вы можете догадаться, что к этой группе пациентов относятся те, у кого высока вероятность развития шизофрении. Как правило, таким тревожным пациентам назначают сразу несколько препаратов: какой-нибудь антипсихотик и дофаминовый антидепрессант, например «Велбутрин», который блокирует обратный захват дофамина.

Прием любых лекарственных препаратов, воздействующих на дофаминовую систему, должен производиться исключительно под контролем врача-психотерапевта.

Дофаминовый баланс

Резюмируя все вышеизложенное, мы с вами приходим к выводу, что вывести из строя дофаминовую систему может любое злоупотребление поощрением. Это любые зависимости и помешательства: лотереи, любовь к вкусной еде (особенно к сладкому) и так далее. Сюда же можно отнести просмотр видеороликов в интернете, непрестанный поиск нового развлекательного материала. Мы еще рассмотрим эту тему подробнее в третьей части.

Интересно, что просмотр материалов эротического содержания также вызывает некоторое подобие зависимости и приводит к сбою в работе дофаминовой системы. Некоторые специалисты полагают, что множество людей сознательно избегают реальных физических контактов, поскольку последние не дают таких же ощущений, как виртуальные.

Теоретически любая приятная мысль, на которой мы зацикливаемся, может подрывать работу дофаминовой системы.

Как мы с вами уже выяснили, наш мозг не задумывался природой для бесконечного удовольствия. Мозгу свойственно тревожиться, иногда быть в напряжении. Хотя постоянная тревога для него так же вредна, как и чрезмерная расслабленность.

Многие сейчас наверняка хотят услышать от меня практические рекомендации по поводу того, что делать с дофамином. Главное – не нужно насиловать свою дофаминовую систему, знать меру. К числу вещей, которых необходимо избегать, можно отнести и просмотр слишком большого количества развлекательного контента, и злоупотребление кофе и шоколадом.

На самом деле можно сделать кое-что конкретное для отслеживания своего дофамина. Когда вы изучаете (сканируете) пространство вокруг, всякий раз, обнаруживая нечто, что может удовлетворить вашу потребность, ваш мозг вырабатывает дофамин.

Постарайтесь понаблюдать за собой. Возьмите лист бумаги и разделите его линией пополам. Слева выписывайте то, что может помочь вам удовлетворить потребность, а справа – ваши ощущения. К примеру, с утра вы думали о том, что надо бы приготовить вкусный пирог вечером. Придя с работы, вы забыли об этом. И вот вы пришли на кухню, открыли холодильник и увидели, что кто-то из домочадцев купил целую миску вишен. Запишите это и ваше внутреннее ликование.

Еще можно отмечать успешно завершенные дела. А также записывайте ощущения, которые вы испытывали, когда совершали маленькие шажочки к своей цели (закрывали очередную задачу). Вообще, дофамин – удивительный нейромедиатор. Он обеспечивает нам интерес. Я помню, одна моя очень мудрая коллега сказала: «Я не болею, потому что мне интересно». И действительно, наблюдая за ней, я всегда удивлялся, почему она все время в строю, постоянно бодрая и живая. Ей просто интересно заниматься тем, что ей интересно (простите за тавтологию).

И напоследок: попробуйте «лишать» себя каких-то радостей хотя бы неделю-другую. Просто откажитесь от чего-то привычного. И вы поймете, как бывает вкусен мамин или бабушкин суп, каким приятным может быть газированный напиток, как чудесно полежать в горячей ванне, посмотреть очередной выпуск юмористического шоу и так далее.

Поскольку все-таки эта книга про мозг в целом, я вынужден свернуть разговор про дофамин. Хоть и могу говорить о нем еще очень долго, потому что это область моего научного интереса в прошлом. Но теперь пора рассказать еще об одном важном нейромедиаторе – серотонине.

Серотонин

В других главах я уже упоминал о функциях серотонина. Если в двух словах, он не делает нас радостными, но нормализует эмоциональный фон. Серотонин держит наш организм в тонусе.

Если с серотонином все в порядке, вы, скорее всего, не впадете в затяжную депрессию и у вас не будет долго длящегося ощущения апатии и безысходности. Серотонин как бы уберегает вас от таких состояний. Мне приходится акцентировать на этом внимание, поскольку так уж повелось, что и дофамину, и серотонину приписывают какие-то совершенно чудодейственные свойства – и радостными нас сделают, и счастье нам подарят.

Рис. 33. Схема распределения путей серотониновой системы

Нет, ничего подобного на самом деле не происходит. Серотонин просто выполняет функцию регулирования степени нашей бодрости, помогая нам жить, бороться за свое место под солнцем.

Даже бегло окинув взглядом схему серотониновой системы, вы заметите, что пути этого нейромедиатора простираются по всему мозгу. И это неспроста. Серотонин регулирует великое множество самых разнообразных нейрофизиологических процессов: воздействует на гормональную регуляцию функций гипоталамуса, отвечает за порог болевой чувствительности, влияет на тонус сосудов, управляет эмоциональным фоном и так далее.

Обратите внимание, что серотонин может влиять на субъективное чувство боли. И действительно, при некоторых депрессиях возникают беспричинные боли в разных частях тела. Это связано с понижением уровня серотонина в синаптических щелях. Вообще, до сих пор центров болевой чувствительности в мозге так и не обнаружено. Боль – это реакция на некое неадекватное воздействие на наш организм. Причем речь идет как о физической боли, так и о душевно-психической. Например, сильное надавливание на кожу приводит к неприятным болезненным ощущениям. Чрезмерные психоэмоциональные нагрузки, апатия, чувство потери или безвыходности ситуации также могут приводить к болезненным ощущениям в теле. Предполагают, что баланс нейромедиаторов может создавать ощущение внутреннего безболезненного спокойствия.

Отсюда проистекает еще одна функция серотонина: он контролирует отрицательные эмоции, конкурируя с дофамином и норадреналином. Последние усиливают активность центра ожидания удовольствия. А серотонин подавляет центры отрицательных эмоций (задний гипоталамус, амигдалу).

Снижая градус отрицательных переживаний, серотонин контролирует настроение. Как я уже говорил, чрезмерная расслабленность или радость тоже вредны.

Очень важно понять эту принципиальную разницу. Серотонин не активирует специально центры удовольствия, а лишь тормозит центры негативных переживаний, не давая нам «скатываться» в депрессию.

Вот поэтому, когда его мало, появляются апатия и ощущение безнадежности. Некому нас вытащить из ямы депрессии и тревоги. А ведь это наши спутники еще со времен первобытных людей. Но современная нейрофармакология стоит на страже нашего настроения и разрабатывает вещества, способные поддерживать нормальный уровень серотонина в мозге.

Серотониновые антидепрессанты

В народе испокон веков людям с плохим настроением советовали прогуляться, порыбачить, принять спиртовую настойку из чего-нибудь. Сейчас советуют не только настойки, но и различные психостимуляторы. И эффект они действительно оказывают, но, к сожалению, от депрессии не избавляют.

До 1950-х годов депрессивные состояния лечили опиумными наркотиками и амфетамином. И выглядело это все ужасно, конечно.

Лишь в 1970-х годах стали формироваться представления о том, что депрессия может быть связана со снижением уровня серотонина и других нейромедиаторов (например, норадреналина).

К 1977 году синтезировали флуоксетин, который лишь спустя 14 лет поступил в продажу под названием «Прозак». Долгое время люди очень скептически относились к антидепрессантам. Никто не понимал, работают ли они вообще.

У антидепрессантов, в отличие от многих других препаратов, есть одна особенность: они начинают действовать далеко не сразу, а через недели, а порой и месяцы.

Мы с вами уже говорили об антипсихотиках (нейролептиках), которые используются при лечении шизофрении и психозов. В целом у человека с острым психозом за счет блокирования дофаминовой системы останавливается бурная психическая активность. Если дать антипсихотик здоровому человеку, его мозг просто опустеет: все внутри сделается тусклым, невыразительным, психические процессы затормозятся. В обоих случаях происходят схожие процессы подавления психической деятельности.

В случае же с антидепрессантами мы наблюдаем обратную картину. Антидепрессант никак не повлияет на эмоциональный фон человека, если тот здоров.

Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) сейчас представляют собой золотой стандарт антидепрессантов. К препаратам этой группы относят «Прозак» (флуоксетин), «Золофт» (сертралин), «Ципрамил» (циталопрам) и другие.

После нескольких недель приема препаратов группы СИОЗС серотонин постепенно накапливается в синаптической щели. И через некоторое время у человека потихоньку выравнивается эмоциональный фон. Лучше всего прием подобных препаратов происходит на фоне когнитивно-поведенческой терапии. Вот почему желательно, чтобы врач-психотерапевт проводил с человеком еще и занятия, направленные на работу с мышлением.

Сегодня ведутся споры о том, как на самом деле работают антидепрессанты. В 2009 году вышла статья Катерины Хармер, где указывалось, что антидепрессанты запускают работу нейротрофинов (факторов роста), а те уже восстанавливают нормальную работу лимбической (эмоциональной) системы. Эта гипотеза объясняла, как психотерапевтическая беседа давала результаты на фоне приема препарата.

Но некоторые ученые подвергли критике эти выводы, ссылаясь на то, что наше мышление никак не может влиять на такие глубинные структуры мозга, как эмоциональная система.

Таким образом, механизм работы антидепрессантов пока остается не выясненным до конца.

Сейчас есть и другие классы антидепрессантов, помогающие выровнять эмоциональный фон. Они воздействуют на норадреналиновую систему. Подробнее о норадреналине мы поговорим во второй части.

Как вы уже могли догадаться, из-за того, что серотониновые рецепторы представлены в мозге очень широко, они становятся одной из главных мишеней наркотиков.

К числу самых известных веществ, воздействующих на серотониновую систему, относится, к примеру, ЛСД (диэтиламид лизергиновой кислоты). ЛСД, как и ряд других веществ, имитирует серотонин. Он сам напрямую связывается с различными серотониновыми рецепторами и вызывает смешение образов, галлюцинации, эйфорию, ощущение отрешенности от мира.

Хотя ведутся споры о том, вызывает ли ЛСД привыкание, пагубное влияние этого вещества на психику вполне доказано. Бесконтрольный прием ЛСД вызывает психозы, а в некоторых случаях развиваются суицидальные мысли (особенно под воздействием самого препарата).

Вполне вероятно, что со временем уровень синтеза серотонина снижается. Организму нет смысла его синтезировать, если извне поступает заменитель. А это уже может провоцировать затяжные депрессии.

Существует также ряд наркотических веществ, которые влияют сразу на несколько нейромедиаторных систем. К таким наркотикам относится, например, экстази (MDMA). Экстази воздействует на дофаминовую, серотониновую и норадреналиновую системы.

К сожалению, наркотики только на первый взгляд кажутся чем-то экзотическим – этаким уделом некой мифической маргинальной группы населения. На самом деле люди тысячелетиями употребляли такой доступный наркотик, как алкоголь. Его действие связано с работой тормозных синапсов, например ГАМК-ергических.

ГАМК (Гамма-аминомасляная кислота)

При выбросе ГАМК в синаптическую щель нервный импульс блокируется. Когда человек сильно взволнован, перевозбужден, система ГАМК-клеток тормозит его деятельность. В повседневной жизни это позволяет выдерживать некий баланс. Считается, что вещества, воздействующие на ГАМК-рецепторы, способны работать как успокоительные и средства от бессонницы.

Вообще, эти рецепторы очень сложные. Они связываются не только с молекулой ГАМК, но и с этиловым спиртом. В норме небольшое количество алкоголя синтезируется самим организмом. Вероятно, поэтому и рецепторы нам эволюционно достались.

Мы не замечаем действия небольшого количества собственного алкоголя. В больших дозах этиловый спирт связывается с ГАМК-нейронами, а те в свою очередь начинают тормозить все подряд.

Этим объясняется общий седативный эффект, расслабление скелетных мышц и прочие признаки опьянения. Очень сильно тормозится работа лобных долей (наши внутренние цензоры, отвечающие за нормы поведения в обществе). Поэтому тут и срабатывает уже упомянутая пословица «Что у трезвого на уме, то у пьяного на языке».

У человека в состоянии опьянения изменяется оценка поступающей информации. И он начинает слишком буквально понимать собеседника. Так могут возникать конфликты, драки, ссоры.

Считается, что ГАМК-нейроны включаются в работу при приеме доз в размере 60–80 граммов спиртового эквивалента. Условно, это стакан водки. Такая доза оказывает успокаивающее действие, антистрессорное. Поэтому люди, выпивающие регулярно, зачастую объясняют свою привычку тем, что алкоголь позволяет им снизить последствия стрессовых нагрузок.

Есть исследования, в которых доказано, что алкоголь может также воздействовать и на дофаминовую систему. У человека улучшается настроение, усиливается двигательная активность. Обычно это наблюдается при принятии небольших доз алкоголя.

При увеличении дозы может происходить выброс опиоидных пептидов (эндорфинов). Отсюда мы получаем состояние эйфории. Конечно, эффект не такой сильный, как при приеме кокаина например, но он все же присутствует.

И тут есть вот какая опасность. Раз задействуется дофаминовая система, связанная с мотивацией, у человека смещаются мотивационные потребности в целом. А в сочетании с подкреплением состояния эйфории, возникшего за счет опиоидных пептидов, все это приводит к самой настоящей зависимости. Вот почему с нейрофизиологической точки зрения алкоголь – это такой же наркотик как, например, опиаты (и другие виды наркотических веществ).

Существуют препараы бензодиазепинового ряда («Феназепам», «Диазепам»). Они применяются для лечения тревожных расстройств. Эффект этих лекарственных средств также основан на том, что они воздействуют на ГАМК-рецепторы. Вообще, ГАМК-рецепторы достаточно сложно устроены. У одного рецептора может быть несколько участков связывания с разными веществами. Барбитураты («Люминал») тоже воздействуют на определенные участки ГАМК-рецепторов. Этим объясняется снотворный эффект от приема «Корвалола», например, в состав которого входит фенобарбитал – один из барбитуратов.

Привиденные примеры хорошо иллюстрируют, как разные вещества запускают работу одной и той же системы. Несомненно, эффект, оказываемый ими, хоть несколько и различается, но во всех случаях наблюдается общая тенденция к торможению процессов психической деятельности.

Эндорфины

Эндорфины (эндогенные морфины) – группа химических (пептидных) соединений, которые могут уменьшать боль и влиять на наше настроение.

Вообще, если и говорить про какие-то «гормоны счастья», то, вероятно, эндорфины лучше всего подойдут под это определение (хотя с точки зрения нейробиологии это все равно не совсем так).

Сами по себе эндорфины нам необходимы для того, чтобы регулировать пороги болевой чувствительности. Если серотонин регулирует этот порог в целом, то эндорфины делают это более локально. Как я уже говорил, в мозге не обнаружено центров боли. Считается, что если оказывать сверхсильное воздействие на рецепторы разной чувствительности, то выделяются вещества, которые запускают неприятные ощущения. В третьей части мы еще вернемся к вопросу восприятия боли.

Если бы не было эндорфинов, даже слабое, неосторожное механическое воздействие на кожу вызывало бы сильнейшую боль. Но этого не происходит, потому что эндорфины как бы выравнивают ощущения, позволяя нам более адекватно взаимодействовать с окружающей средой.

Существует ряд веществ, имитирующих сами эндорфины. К ним относят опиумные наркотики, как естественные (морфий), так и полусинтетические (героин). Попадая в организм, они взаимодействуют напрямую с эндорфиновыми (опиатными) рецепторами.

Например, героин, в отличие от естественных эндорфинов, воздействует на все рецепторы без разбора. При этом в работу включаются и другие нейромедиаторные системы – дофаминовая, ГАМК, гистаминовая. У человека возникает сильнейший прилив эйфорического блаженства, снимаются все тревоги.

Вообще, последнее – это один из самых коварных эффектов приема именно опиумных наркотиков, таких как морфин и героин.

Для мозга крайне соблазнительно находиться в состоянии, когда его ничто не тревожит. Вообще ничто. Угнали машину – ничего страшного, куплю новую. Отключили свет – тоже хорошо, сэкономим на электроэнергии. Никаких тревожных мыслей ни о чем.

Даже после однократного приема человек начинает всеми силами стремиться к этому состоянию. Вот почему героин вызывает привыкание сразу после первой дозы.

При регулярном приеме героина количество опиоидных рецепторов снижается. Они просто выходят из строя. И дозу приходится увеличивать.

Прекращение приема наркотика вызывает состояние, называемое ломкой. Из-за того, что нарушена эндорфиновая система, у человека возникает неадекватное восприятие боли. Возникают судороги, сильные боли во всем теле, бессонница и так далее.

Как управлять эндорфинами

Несомненно, нам хочется как-то воздействовать на эндорфиновую систему без помощи опасных веществ. Один из эффективных способов получить дозу эндорфинов – это смех. Например, вы можете рассказывать какие-то безобидные смешные шутки в кругу близких людей.

Другой способ повысить количество выделяемых эндорфинов – продолжительные физические нагрузки, особенно если они завершаются упражнениями на растягивание мышц тела.

Попробуйте записать ваши ощущения после искреннего смеха в кругу близких друзей. Или после длительной физической нагрузки (бега на длительную дистанцию, часового занятия в спортзале и так далее).

На уровень нейромедиаторов в мозге можно воздействовать, корректируя диету: например, употреблять шоколад, бананы, сельдерей, творог, твердые сыры и другие продукты. Но диету лучше обсудить с врачом.

Помните, что прием антидепрессантов должен проходить только под контролем врача-психотерапевта.

Существуют и другие нейромедиаторы, например адреналин, глутамат, гистамин и так далее. Они тоже влияют на наше поведение.

Важно понимать, что все нейромедиаторы работают в тесном взаимодействии друг с другом. Иногда переизбыток или недостаток одного в той или иной степени компенсируется работой других. Природа так устроена, что она старается продумывать запасные пути или различные подстраховки.

Серьезные исследователи в области нейрохимии мозга никогда не позволяют себе объяснять поведение человека работой лишь одного какого-то нейромедиатора. К тому же надо понимать, что пока мы не знаем обо всех функциях тех или иных нейромедиаторов. Вполне вероятно, в ближайшие десятилетия будут открыты другие интересные свойства этих удивительных молекул.

Мы с вами рассмотрели несколько концепций – вариантов того, как можно изучать мозг. Мы познакомились с нейрофизиологической концепцией условных рефлексов и доминант, с концепцией клеточного строения мозга, взглянули на структурную концепцию уровней – этажей мозга, разобрали нейрохимическую концепцию работы молекул-медиаторов.

Я предлагаю вам, используя полученные знания, окунуться теперь в мир поведения человека и понять, как те или иные системы обеспечивают наши познавательные функции.

Часть II. Физиологические основы умственной деятельности

Нет никакого сомнения, что систематическое изучение фонда прирожденных реакций животного чрезвычайно будет способствовать пониманию нас самих и развитию в нас способности к личному самоуправлению.

И. П. Павлов

До этого мы с вами говорили об общем устройстве систем мозга. Пришло время разобраться в том, как все это многообразие структур обеспечивает наше поведение. Прежде чем мы начнем разговор о невероятно интересных и актуальных вещах, хочу отметить важную деталь. На сегодняшний день нет единой теории работы мозга. Так, во всяком случае, говорят многие нейробиологи.

Нам же с вами для понимания принципов возникновения человеческого поведения будет вполне достаточно тех базовых знаний, о которых мы уже говорили в предыдущих главах. В конце концов, все наше поведение сводится к функционированию сложных распределенных нейронных сетей. А их деятельность представляет собой результат координации тонких физиологических процессов внутри каждой нервной клетки.

Нейробиологические основы ВНД. Первая и вторая сигнальные системы

В настоящий момент нейробиологи всего мира сходятся во мнении, что наши высшие нервно-психические функции обеспечиваются работой головного мозга. В классической российской нейробиологической школе психическую деятельность принято называть высшей нервной деятельностью (ВНД). Важно отметить, что высшая нервная деятельность характерна не только для человека, но и для других животных.

У многих из нас возникает вопрос: чем же мы, люди, принципиально отличаемся от других организмов? Почему мы смогли создать сложное общество, построить огромные города, придумать автомобили и самолеты?

Каковы биологические предпосылки психических функций мозга человека – уже давно актуальный вопрос для физиологов всего мира. Открытия в этой области могут существенно повлиять на развитие методов воспитания и обучения. Для того чтобы понять нашу собственную поведенческую природу, давайте коротко коснемся истоков. Эволюционно мы произошли от более древних организмов. До сих пор наш геном несет связь с другими животными. Да.

Потребности и мотивации

Деятельность всех животных, имеющих нервную систему, сводится к поведенческим актам. Как правило, это какие-то вполне определенные действия. Основной силой, обеспечивающей эти самые действия, является наличие потребностей. Давайте посмотрим, как они работают на примере потребности в еде.

Физиологам давно удалось выяснить, что особые клетки гипоталамуса (второй этаж мозга) оценивают уровень глюкозы в крови. После этого происходит изменение активности в таламусе, гиппокампе, цингулярной коре и ряде других структур, включая префронтальную кору. Именно в ней и формируются целенаправленные пищедобывательные реакции. Животное начинает искать еду. Причем делает оно это тем активнее, чем активнее гипоталамус сообщает о падении уровня глюкозы.

Возбуждение одних групп нервных клеток и торможение других приводит к смене типа взаимодействия между нервными элементами разных структур мозга. Это смена доминант по А. А. Ухтомскому. А специфика такой смены и отражает мотивацию. Представьте, например, новогоднюю гирлянду, в которой лампочки горят не все одновременно, а зажигаются по очереди. Или сначала все синие, а потом все красные. Такая комбинация зажженных лампочек и есть отражение мотивации.

В каждый момент времени наиболее актуальная для выживания потребность определяет формирование мотивации. Логично, что, если нам захотелось есть дома, мы идем к холодильнику. Однако если вдруг мы заблудились в джунглях и нам захотелось есть, мы трижды подумаем, что тут вообще есть съедобного и как нам самим не стать чьей-то закуской.

И вот здесь самое интересное. Эксперименты как на животных, так и на людях подтверждают, что снятие потребности, формирующей доминирующую мотивацию, приводит к возникновению положительных эмоций. А это является подкреплением в условно-рефлекторном обучении по Павлову.

Для выработки пищевого условного рефлекса необходима потребность в еде. К примеру, сытые животные в цирке практически не поддаются дрессировке. Их нужно держать чуть голодными, чтобы всякий раз за выполненное задание они получали еду (на самом деле – положительные эмоциональные переживания).

То есть, обратите внимание, на самом деле нашему мозгу в психическом плане ощущений не нужны ни вода, ни еда. Единственное, что мотивирует нас действовать, – получение положительных эмоций. Запомните это. Мы еще вернемся к этой простой, но чрезвычайно важной идее.

Говорить о потребностях очень сложно. Как понять, например, существует ли та или иная потребность? Реальна она или нет? Биологи подошли к этой проблеме максимально дотошно. Ученые исследовали возможность формирования на основе потребности приспособительного поведенческого акта. Так было выявлено наличие витальных (связанных с выживанием) и зоосоциальных (иерархических) потребностей. К первым можно отнести пищевую и питьевую потребности. И самое важное: на их основе можно выработать условный рефлекс. То есть можно обучить животное (не очень сытое), к примеру льва, прыгать через горящие кольца. В случае с цирковым львом мы видим, что животному приходится приспосабливать свое поведение под команды дрессировщика для получения корма (удовлетворения пищевой потребности).

Ко второй группе потребностей относят материнское поведение, территориальное поведение (защита гнезда, норы и так далее). Иногда к этой же группе причисляют половое поведение.

Вы скажете, что вам это известно с уроков биологии. Но во второй половине XX века биологами было доказано существование еще одной важной потребности у сложно организованных животных. Речь идет о потребности в саморазвитии.

Потребность в саморазвитии у животных. Эволюционный тренд?

Сейчас ведется множество разговоров о саморазвитии. Реклама в интернете пестрит заголовками «Тренинг по саморазвитию», «Новые методы саморазвития», «Саморазвивайся в кого угодно» и так далее. И ведь нет конца и края это общественной истерии. Все вдруг решили стать необычайно «саморазвитыми». А понимают ли люди, откуда вообще взялся термин?

Изначально это слово в русском языке появилось в художественной литературе.

Например, в XIX веке его активно употреблял историк и публицист Николай Иванович Костомаров, когда говорил о духовном саморазвитии. Чуть позднее юрист и философ Павел Иванович Новгородцев использовал слово «саморазвитие» в значении «проявление внутренней мощи и полноты бытия». Но физиологи долго к этому слову относились с осторожностью. Не особо ясно было, есть ли вообще стремление к саморазвитию у живых организмов.

Окно в неизвестность или лакомство…

В 1950–60-х годах Роберт Батлер исследовал поведение обезьян, предлагая им различные нестандартные способы подкрепления. Обезьяне нужно было выбрать между вкусной едой, подглядыванием за другими обезьянами и возможностью увидеть через окно в соседнее помещение интересные вещи. Обычно в классических экспериментах животным предлагалось в качестве поощрения (и стимула к выполнению задания) какое-то лакомство. Но Батлер хотел разобраться, что еще может служить подкреплением. Для этого две экспериментальные комнаты имели общую стену с окном. В одном из помещений находилась обезьяна, а в другой – различные предметы. В ходе эксперимента окно оставалось закрытым. В помещении с обезьяной находился рычаг. В какой-то момент животные понимали, что рычаг открывает окно.

Удивлению исследователей не было предела, когда они обнаружили, что обезьяны, во-первых, очень быстро научились нажимать на рычаг, а во-вторых, с большим энтузиазмом готовы были выполнять задания, если им разрешали смотреть в окно. Причем в качестве подкрепления животные предпочитали возможность заглянуть в окно самому вкусному лакомству.

Вы скажете: ну, с обезьянами понятно. Они большие и умные. Что же с другими животными? В ходе экспериментов с ними были получены похожие результаты. Например, крысы намного охотнее учились находить выходы из сложных лабиринтов, когда подкрепление заключалось в возможности обследовать новую среду. Подумайте. Крыса была готова отказаться от еды в пользу аттракциона – путешествия по неизведанным землям!

Неудивительно, что многие люди (особенно студенты) недоедают, недосыпают, отказывают себе в удовольствиях, лишь бы скопить деньги на новое путешествие. Если даже обезьяны и крысы делают то же самое – что уж говорить о нас с вами!

Исследователи Стивен Гликман и Ричард Сроджес изучили реакцию на новый предмет более чем у 100 видов животных. Они подкладывали в клетку разнообразные вещицы (деревянные палочки, резиновые трубки, бумажные шарики) и следили за поведением животных. Меньше всего к новым предметам проявили интерес рептилии. Вспомните про первый этаж мозга. Но вот млекопитающие рассматривали, ощупывали, обнюхивали предметы с интересом.

Когда данные стали подтверждаться и в других экспериментах, результатами заинтересовались психологи. В 1990-х годах термин «саморазвитие» сначала появился в академических пособиях для психологов, а чуть позднее перекочевал в лексикон бизнес-тренеров, психологов-коучей и прочих любителей популярной психологии.

Заслуженный советский и российский психофизиолог Павел Васильевич Симонов отнес к потребностям саморазвития исследовательское поведение, рефлекс сопротивления (свободы), подражательный и игровой рефлексы. Как указывал сам Симонов, эти рефлексы обращены к будущему, ориентированы на освоение новых пространств и сред.

Вы наверняка замечали за собой или другими людьми тягу к путешествиям, открытию новых мест, вкусов, запахов и вообще ощущений. Нам только кажется, что это присуще лишь человеку. Теперь вы знаете, что это характерно и для многих животных. Конечно, обезьяна не сидит и не ждет, пока Chanel выпустит новый аромат или Christian Dior наконец-то разработает новый дизайн сумки. Но в целом потребность в поиске нового, в исследовании территорий досталась нам от предков. Пусть она и была у них в несколько примитивной форме.

Второе, что отмечает Симонов относительно потребностей в саморазвитии, – их самостоятельность. Они как бы живут сами по себе. Они не вытекают из других потребностей.

Вот они – истоки нашего «саморазвития». Мы еще увидим, как работает эта механика, когда будем говорить о процессах внимания в мозге человека. Вспомните: обезьяна (даже когда была не очень сыта) отказывалась от вкусного угощения в пользу возможности посмотреть в окно. Другой пример. Скажем, игровое поведение, нередко предполагающее наличие других партнеров, можно было бы отнести к зоосоциальным потребностям. Однако в играх животных исследователям не удалось обнаружить иерархических тенденций. Иными словами, животные играют просто так! В чем же смысл? Вероятно, такая активность необходима для тренировки навыков, которые могут пригодиться в будущем при удовлетворении других потребностей.

Есть и еще один важный факт в этой связке поведенческих перипетий. Для развивающегося мозга (не важно чьего – будь то крыса, обезьяна или человеческий ребенок) нужен приток информации, обогащенная среда (с большим числом разнообразных предметов вокруг). Так, на животных показано, что обогащенная среда влияет на вес мозга, толщину определенных областей коры и работу биохимических систем. Если взять сообщество крыс, в более высокоранговых группах особей исследовательская активность высока, тогда как у субдоминантных (занимающих низкое место в иерархии) животных она угнетается. Очень похоже на распределение доступа к знаниям в истории человечества. Вспомните, кто имел доступ к научным, религиозным и философским знаниям в Средние века и даже в эпоху Просвещения… И все же, если так много схожего, чем мы принципиально отличаемся от животных. Почему у нас такой мозг?

Ошибка в эволюции подарила нам гены нового мозга

Давайте начнем с того, что ребенок рождается неприспособленным к нашему – взрослому – миру.

Человеческий ребенок появляется на свет биологически незрелым. Если сравнить его с младенцем обезьяны, мы увидим, что последний почти с первых дней после рождения способен самостоятельно передвигаться, висеть на маме, цепляясь за шерсть на ее спине.

Кстати, вы никогда не задумывались, почему многие маленькие дети хватают себя за голову, когда им страшно? Нейробиологи полагают, что это доставшийся нам от предков-обезьян механизм хватания за шерсть на теле матери. Так малыш всегда прикреплен к кормящей самке.

Человеческому детенышу потребуется не один год, чтобы научиться уверенно ходить и стать способным к хоть сколько-нибудь осмысленной деятельности. И даже в четыре года при виде незнакомца он будет прятаться за мамину юбку, точь-в-точь как маленькая обезьянка в материнской шерсти.

Можно сказать, мы рождаемся глубоко недоношенными эмбрионами. Считается, что это связано с прямохождением человека. Когда-то наши предки поднялись с четырех конечностей и оперлись на две стопы. В результате такой эволюционной перестройки женский таз существенно отличается от аналогичного анатомического образования четвероногих животных. Из-за того что таз развернулся из горизонтальной плоскости в вертикальную, он существенно сузился.

И эволюция нашла «по-своему» элегантное решение. Теперь ребенок стал рождаться заранее, то есть до полного биологического созревания.

По всей видимости, именно такая эволюционная находка и привела к тому, что наш предок совершил тот самый гигантский рывок в развитии. И это касалось в первую очередь мозга. Младенческий мозг куда более пластичен, нежели уже сформировавшийся. Поэтому преждевременное рождение позволило человеку усваивать куда больше информации.

В пользу этой теории говорят данные, полученные в 2018 году. Геном человека похож на геном шимпанзе примерно на 99 %. Ученые долго искали, какие именно гены отвечают за различия между мозгом человека и обезьяны. И вот наконец они найдены. Оказалось, что у человека есть уникальный (не встречающийся больше ни у кого) вариант гена NOTCH2. Причем представлен он в нашей ДНК в четырех копиях (три из которых активные, а одна – дремлющая)!

В развивающемся мозге приматов стволовые клетки работают не покладая ни рук, ни ног, ни отростков. Одна стволовая клетка может дать жизнь двум нервным клеткам. Так, например, происходит у обезьян.

А вот у человека, благодаря наличию варианта гена NOTCH2L, стволовая клетка дает начало только одному нейрону и еще одной стволовой клетке. Это приводит к увеличению количества стволовых клеток в мозге, а также замедлению их превращения в зрелые нейроны. В итоге мы получаем большее количество нейронов, но созревают они позднее, чем, скажем, у обезьян.

Как показали опыты, удаление варианта гена NOTCH2NL приводит к тому, что стволовые клетки мозга начинают быстрее «взрослеть» и реже делиться. За счет такого нехитрого механизма и возникло замедленное развитие нервной системы внутри материнской утробы. А это уже сделало наш мозг по-настоящему уникальным, сильно отличающимся от мозга остальных животных.

Неудовлетворение потребности → агрессивное поведение

Напоследок осталось описать еще одно очень важное свойство нашего поведения, продемонстрированное в огромном количестве экспериментов. Речь идет об агрессии.

За агрессивные реакции в нашем мозге во многом отвечают структуры лимбической системы и определенные области коры. Амигдала, являющаяся частью лимбической системы, оценивает комплекс стимулов, поступающих в нее как напрямую от органов чувств, так и сверху от коры. Благодаря этому информация приобретает эмоциональную окраску и передается в другие структуры лимбической системы. Механизмы возникновения агрессивного поведения до конца не исследованы, но есть предположение, что именно амигдала играет одну из главных ролей в формировании реакций страха и оборонительного поведения. Доказано также, что в стрессовых ситуациях амигдала передает информацию в гипоталамус, который обеспечивает связь с нижележащими центрами (двигательными структурами, дыхательным центром и так далее). Таким образом, мы получаем целый спектр реакций: учащение пульса, повышение давления, изменение частоты дыхания и другие.

К примеру, если раздражать различные зоны гипоталамуса, можно спровоцировать агрессивное поведение. Только вдумайтесь: агрессивное поведение возникает в результате раздражения всего нескольких центров в мозге. Более того, если у животного сделать перерезку (поперечный срез ткани) ниже гипоталамуса (на уровне первого этажа мозга), агрессивное поведение вытормозится. А вот если выше (условно, уже на уровне второго этажа мозга) – оно сформируется очень легко, да еще и со всевозможными реакциями ярости. Получается, гипоталамус сам по себе может обеспечивать реакции ярости даже без коры и амигдалы. Но исследователей долгое время волновал вопрос: возникает ли агрессия в мозге самопроизвольно, без всякой стимуляции? Склонны ли мы к агрессии?

Современная серьезная наука считает, что в норме у животных нет врожденного стремления к агрессии. Несмотря на обратные утверждения некоторых ученых, при более тщательной проверке данных у экспериментальных животных так и не обнаружили стремления к агрессии. Вдумайтесь. Сколько раз вам приходилось с кем-то ругаться, повышать на кого-то голос, возможно, даже применять физическую силу… И, казалось бы, мы же просто напичканы «ядом агрессивности». Создается ощущение, будто это наше врожденное свойство. Но вот исследования опровергают подобное предположение. Тогда в чем же дело?

Накопленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что агрессивные реакции – это следствие срабатывания особого механизма, повышающего эффективность поведения. Особенно это заметно в ситуациях, когда возникают препятствия на пути к удовлетворению потребности (которая появляется в соответствии с доминирующей мотивацией). В таком случае агрессивное поведение – надстройка, обслуживающая различные действия в сложных ситуациях. Она проявляется, когда иные формы поведения не могут сработать без ее помощи.

Вот представьте такой пикантный пример. Вы сидите в кинотеатре. Выпили литр колы. Почки сделали свою работу. Мочевой пузырь наполнился, и рецепторы отправили сигнал о том, что пора бы и нужду справить. И делают они это все настойчивее. В какой-то момент вы понимаете, что неплохо бы выйти из зала и добраться до заветной комнаты. Вы начинаете тихо пробираться между рядами, уже почти выскакиваете из зала, как вдруг на выходе вас останавливает контролер с заявлением, что не пропустит. Представьте теперь весь шквал негодования в вашей эмоциональной системе. Сначала вы просите вежливо, но получаете отказ (по непонятным вам причинам). И начинаете закипать внутри. В какой-то момент вы не выдерживаете – срываетесь и кричите на сотрудника кинотеатра. Вас не убедили его доводы о том, что выход из зала помешает другим зрителям. Вот и сработала надстройка в форме агрессивного поведения. Прокрутите в голове недавние ситуации, которые приводили к агрессии. Подумайте, какие именно реальные потребности вы не смогли удовлетворить в те моменты. Это поможет вам более осознанно относиться к собственному поведению.

Давайте все-таки подытожим вышесказанное о потребностях и выведем самое основное, актуальное для человека. Мы увидели, что у животных потребности могут быть объединены в группы. Некоторые из них необходимы для поддержания жизнедеятельности индивида, а другие – для эволюции вида в целом. Неудовлетворение потребностей может приводить к агрессивным формам поведения.

Важность условия в нашей психической деятельности

Как указывал Иван Петрович Павлов, в основе высшей нервной деятельности животных лежат условные рефлексы. Причем их центры размещаются в коре головного мозга. Павлов добавлял, что высшую нервную деятельность также обеспечивают безусловные рефлексы, которые реализуются в подкорковых центрах (второй и первый этажи мозга).

Важно уточнить, что кора больших полушарий и все нижележащие отделы со специфическими формами их деятельности находятся в неразрывной связи и работают как единое целое.

Безусловные рефлексы

Как мы выяснили, высшая нервная деятельность базируется на двух типах рефлексов – безусловных и условных. В чем разница?

Вы уже, конечно, примерно представляете, что безусловный – это нечто врожденное, условный – приобретенное. В общем-то, так оно и есть.

Только давайте сделаем одно пояснение. Безусловный рефлекс представляет собой реакцию, которая возникает под действием определенного раздражителя. Вот усилился световой поток, и зрачок рефлекторно сузился. Увидела собака миску с едой, и у нее во рту начала вырабатываться слюна. Опять привет от бабули-природы. Она о животных, да и о нас с вами, позаботилась.

То есть в случае с безусловным рефлексом не нужны какие-то специальные условия для его формирования. Он существует уже в генетической программе, спрятанной в ДНК.

Кстати, базовые инстинкты – это тоже разновидность безусловных рефлексов. Только это вариант уже более сложных реакций, выходящих за рамки сохранения жизни конкретной особи. Инстинкты работают на обеспечение выживания вида в целом.

Доказано, что многие сложные безусловные рефлексы активно включаются в работу уже с первых дней жизни организмов. Новорожденные цыплята клюют только трехмерные объекты, избегая плоских кружков. Едва вылупившиеся из яиц детеныши змей моментально реагируют на тампон, пропитанный бульоном из рыбы. Важно также отметить, что реализация безусловного рефлекса зависит от конкретной доминирующей потребности и сложившейся в данный момент ситуации. Кстати сказать, это касается не только животных, но и нас с вами. Наше поведение в большинстве случаев определяется не ценностными установками, не надуманными идеализированными конструкциями, а условиями той ситуации, в которой мы оказались.

Огромную роль в понимании значения безусловных рефлексов для формирования поведения сыграли исследования Конрада Лоренца и Нико Тинбергена. И хотя эти ученые не принадлежат к павловской школе, по сути они изучали именно безусловные рефлексы, пусть и использовали термины из этологии (науки о поведении).

Конрад Лоренц продемонстрировал врожденный вариант запечатления (импринтинга) изображения «матери» у только что вылупившихся птенцов. Выяснилось, что птенцы почти фотографически встраивают в свою память образ высидевшей их птицы. По всей видимости, этот механизм обеспечивает надежную поведенческую связку «следуй за образом мамы». Но, к удивлению самого Лоренца, оказалось, что в качестве «мамы» вполне может подойти и другое животное (или даже неодушевленный объект, например игрушка!). Птенцы так же следуют за собакой или кошкой, как и за своей мамой, если они наблюдали кого-то из них в первые часы после рождения. Однако Лоренц на этом не остановился и добился того, что птенцы следовали и за ним. С помощью импринтинга он сумел встроить им в память свой собственный образ.

Выяснилось также, что у многих животных импринтируется не только образ мамы, но и образ предпочтительного полового партнера. А некоторые исследователи полагают, что существует и территориальный импринтинг.

Сейчас ведутся разговоры о существовании импринтинга у человека (например, территориального). Представляете, какими чистыми могут стать наши подъезды, дворы, улицы и города, если мы докажем наличие импринтинга у детей? Никакой нормальный родитель не захочет, чтобы его ребенок с детства запечатлел грязь и беспорядок.

Выдвигаются гипотезы, что импринтинг может влиять на выбор полового партнера и у человека. К примеру, первый сексуальный опыт имеет свойство оставлять самые «острые» впечатления. При выборе следующих партнеров мозг будет бессознательно сравнивать их с первым импринтированным. Важно понимать, что механизмы импринтинга в данном случае не могут быть объяснены лишь наличием сильно окрашенных эмоциональных воспоминаний. Нужны не только переживания, но и опыт физиологического взаимодействия. В нервной системе имеется некий врожденный механизм высвобождения. Чтобы запустить его, необходимо воздействовать на рецепторные раздражители (зрительные, слуховые, осязательные).

КФД – рефлекс будет доведен до конца! Машину не затормозить!

Важно сказать, что не все безусловные рефлексы обязательно приведут животное или человека к определенному реагированию.

Животное, например, может использовать разные формы поискового поведения при добывании пищи. Но всегда в какой-то момент появляется некий стимул, который заставит животное повести себя стереотипно. К примеру, когда в рот ребенка попадает молоко, он автоматически его проглатывает. Но при этом может долго искать бутылочку с молоком глазами, дергать побрякушки и так далее. То есть внутри поведения существует возможность вносить правки.

Но есть особые формы поведения, которые всегда будут реализованы одним стереотипным образом при появлении ключевого стимула. Например, у клеща такой ключезапахом масляной кислоты побуждает клеща приближаться к нему. Конечно, ему нужна кровь, но масляная кислота на поверхности кожи для него – ключевой стимул. И он несется к вам на всех своих членистых лапках.

Существует особенная разновидность безусловных реакций – так называемые комплексы фиксированных действий (КФД).

Уоллес Крэйг в первой половине XX века описал завершающие акты, которые позднее назвали моторными стереотипами. Мы с вами уже увидели в примере с клещом, как запах масляной кислоты побуждает насекомое двигаться в сторону жертвы. Так вот, моторные стереотипы – это такая последовательность действий, которая обязательно запускается после предъявления ключевого стимула и всегда доводится до конца. Потому она и называется комплексом фиксированных действий. Обратите внимание на одно очень важное условие: начавшись, КФД будет продолжаться, даже если среда изменится и данное поведение станет неуместным.

Пожалуй, единственное, что может остановить КФД, – смерть. Это не шутка.

Автопилот, да и только. В общем, природа нас опять обогнала. Мы наивно думали, что изобрели автопилот. Но вот и нет – он был придуман миллионы лет назад!

Нико Тинберген исследовал поведение пресноводной колюшки. Было известно, что во время брачного сезона брюшко самцов приобретает красный оттенок. В этот период самец проявляет ярко выраженное агрессивное поведение, направленное на защиту своей территории. Тинбергену захотелось понять, что же является ключевым стимулом, запускающим реакцию у колюшки.

Рис. 34. Модели, использованные в качестве стимулов для агрессивного поведения самца колюшки, занявшего территорию. А – реалистичная модель самца (без красного брюшка); Б–Д – модели самцов, окрашенные внизу в красный цвет. (По Tinbergen, 1951)

Для проведения эксперимента изготовили несколько моделей рыбы. Некоторые были очень реалистичными. Постепенно исследователи делали модели все более примитивными, меняя разные параметры (форму, размер, цвет и так далее). И что в итоге? Оказалось, что самец вообще не реагировал на реалистичную модель со светлым брюшком, но сразу же набрасывался на очень грубую модель, скорее походившую на палку, но с красной полоской внизу. Так выяснилось, что красное брюшко является у колюшки спусковым триггером – ключевым стимулом. Вы только вдумайтесь: какая-то красная полоска запускает комплекс агрессивного поведения.

Конечно, не только у животных много поведенческих стереотипов. У человека их тоже предостаточно, но об этом мы поговорим чуть позже, когда будем разбираться с тем, почему наш мозг ленив.

Условные рефлексы

Не менее интересны и условные рефлексы. Они напрямую связаны с обучением. Их отличие от безусловных состоит в том, что они формируются только при наличии определенных условий. Причем вырабатываются они как раз на базе безусловных рефлексов.

Чтобы сформировался условный рефлекс, нужен нейтральный стимул. Он не должен запускать КФД. Это первое условие. А второе условие – два стимула (ключевой и нейтральный) должны совпадать по времени.

Если собаке дать понюхать мясо, у нее выделится слюна. Мы с вами уже знаем, что это безусловный рефлекс. Здесь запах мяса – ключевой стимул.

А вот если мы будем давать собаке мясо и при этом звонить в колокольчик, через некоторое время (после повторения этого ритуала несколько раз) у нее в мозгу возникнет условный рефлекс. И затем слюна у собаки будет выделяться уже лишь при звуке колокольчика.

Колокольчик станет условием возникновения реакции. И это будет рефлекс первого порядка. Но на самом деле на основе этого рефлекса можно выработать еще более сложный рефлекс – второго порядка. В нем условный стимул подкрепляется условным раздражителем, на который ранее был выработан условный рефлекс. Представьте, мы сумели выработать у животного стойкую реакцию выделения слюны на звон колокольчика. Теперь мы будем включать свет за секунду до звука колокольчика. После большого количества подобных сочетаний, свет начнет вызывать слюну уже без колокольчика. Это и есть рефлекс второго порядка. Можно продолжать еще дальше. К примеру, мы теперь начнем включать свет и одновременно с этим касаться кожи животного. Через какое-то количество подобных манипуляций, само прикосновение к коже животного будет вызывать выделение слюны. Это произойдет потому, что касание активирует зрительные центры, те в свою очередь запустят работу центров слуха, а далее команда пойдет к центрам слюноотделения. Так формируется рефлекс третьего порядка. Прелесть заключается в том, что нам уже не надо кормить животное, всякий раз касаясь его. Слюна вырабатывается без предъявления пищи.

Нейрофизиологию процесса выработки условного рефлекса первого порядка можно увидеть на схеме (рис. 35).

Рис. 35. Схема выработки условного рефлекса первого порядка

Мы наблюдаем наличие пищевых центров в продолговатом мозге и в коре. Также в коре мы видим слуховой центр. Под действием многократного повторения формируются связи (сопряжения) между этими центрами. Это и есть нейрофизиологическая основа рефлекса и, собственно, обучения.

Как правило, у животных обычно можно выработать рефлексы до третьего порядка. А вот у людей – и четвертого, и пятого, и шестого. Постепенно в процессе получаемого опыта в коре мозга складываются системы условно-рефлекторных связей. Эти системы называют динамическими стереотипами. Подробнее я расскажу о них чуть позже. А сейчас давайте все-таки разберемся с тем, что такое сигнальные системы.

Сигнальные системы

Итак, мы с вами достаточно подробно разобрали механику поведения животных на основе работы безусловных и условных рефлексов.

По Павлову, высшая нервная деятельность даже очень высокоразвитых животных (собаки, дельфины, обезьяны) сводится в основном к совокупности разнородных условных рефлексов первой сигнальной системы, общей у человека с животными.

Первой сигнальной системой Павлов называет систему условно-рефлекторных связей, образующихся в коре мозга животных и человека. Важно отметить, что эти условно-рефлекторные связи формируются при воздействии раздражителей, исходящих из внешней и внутренней среды.

Первая сигнальная система – это отражение действительности в форме ощущений и восприятий.

По Павлову, животное реагирует на действительность специфическими ответными реакциями – раздражениями (и их следами в больших полушариях), которые воспринимаются непосредственно клетками зрительных, слуховых, осязательных и других рецепторов организма. Павлов писал:

Это то, что и мы имеем в себе как впечатления, ощущения и представления от окружающей внешней среды, как общеприродной, так и от нашей социальной, исключая слово, слышимое и видимое. Это – первая сигнальная система действительности, общая у нас с животными.

Второй сигнальной системой является по своей сути речь.

Важно понимать, что, несмотря на высокое развитие сложной речевой деятельности, условные рефлексы первой сигнальной системы играют значительную роль (в некотором смысле подавляющую) в обеспечении высшей нервной деятельности детей в первые годы их жизни. Более того, условные рефлексы занимают не последнее место и в ВНД взрослого человека.

К этому виду условно-рефлекторной деятельности Павлов относит ощущения, представления и впечатления человека от окружающей внешней среды. Например, все мы быстро в детстве обучились не прикасаться к горячей кастрюле или кипящему чайнику, не совать пальцы в розетку. Достаточно было одного-двух предъявлений, как мы уже автоматически начали отдергивать руку при виде раскаленного предмета. У многих из нас выработался условный слюноотделительный рефлекс на разные вкусности (шоколад, пирожные и так далее). Достаточно увидеть коробку с пирожными, и у многих, как говорится, слюнки текут. Кстати, важно заметить, что условные рефлексы могут и угасать.

Этим объясняется, почему многие люди с возрастом часто становятся равнодушны к сладкому. Конечно, главная причина кроется в биохимическом метаболизме и смене потребностей, но основой измененного поведения является угасший условный рефлекс.

У человека в связи с постепенным эволюционным развитием общественно-трудовых форм деятельности, как писал сам Павлов, «…появились, развились и чрезвычайно усовершенствовались сигналы второй степени, сигналы этих первичных сигналов – в виде слов, произносимых, слышимых и видимых».

Нейрофизиологической основой второй сигнальной системы также являются условно-рефлекторные механизмы, но значительно более высокоспециализированные. Поэтому полноценно реализованная вторая сигнальная система свойственна только ВНД человека.

Вторая сигнальная система находится в тесном взаимодействии с первой и играет ведущую роль в сознательной жизни человека. Она же дает основу для обобщения и мышления.

Мы с вами уже наблюдали работу второй сигнальной системы, когда говорили о формировании речи в мозге ребенка. Морковь оранжевая, а у зайчика два ушка. Мы также отметили, что ведущую роль в формировании речевых единиц в мозге ребенка играют ассоциативные области коры. Без них невозможно формирование речи. Это убедительно показано на клинических примерах детей с нарушением развития структур коры. К сожалению, если еще на стадии внутриутробного развития серьезно пострадала ассоциативная кора, ребенок, вероятно, никогда полноценно не заговорит.

ВНД = КОРА + БЛИЖАЙШАЯ ПОДКОРКА

Важно отметить, что для обеспечения полного объема психических функций необходимо взаимодействие коры и структур эмоциональной системы (ближайшая подкорка = второй этаж).

На основе представлений о механизмах ВНД Павлов выделил три главных свойства нервной системы:

• сила как способность нервных клеток сохранять нормальную работоспособность при интенсивных возбудительных и тормозных процессах;

• подвижность как способность быстрого перехода от одного процесса к другому;

• уравновешенность как одинаковая выраженность нервных процессов торможения и возбуждения.

На основе этих свойств Павлов описал четыре темперамента: холерик, флегматик, меланхолик, сангвиник. Например, сильный, подвижный, неуравновешенный тип ВНД соответствует взрывному холерику. А вот сильный, подвижный, уравновешенный – характерен для сангвиников. На основе системы Павлова позднее были предложены и другие классификации. До сих пор ведутся споры о степени научности предложенной Павловым типологии, но разбор психофизиологических классификаций не является предметом моей книги, поэтому мы не будем на этом подробно останавливаться. Я упомянул эту типологию, чтобы продемонстрировать, куда теоретически могут быть устремлены изыскания в области особенностей нервных систем у разных людей. Основная задача этой книги – сформировать целостное представление о том, как работает мозг, обеспечивающий наше поведение.

Ничто так не нуждается в исправлении, как чужие привычки.

Марк Твен

Динамический стереотип

Мы с вами, скорее всего, уже и не помним, как делали первые шаги, как шаткой походкой, опираясь о стену, пытались пройти от кроватки до угла комнаты. Но постепенно, день ото дня наши шаги становились все увереннее и тверже. В ногах прибывала сила, мы побеждали гравитацию – самую загадочную и необъяснимую силу во Вселенной. А потом произошло настоящее чудо: мы как будто обо всем этом забыли и не просто пошли, а побежали навстречу раскрытым рукам родителей.

В какой-то момент мы перестали думать о позе, переносе веса с одной ноги на другую, ходьба сделалась чем-то привычным, совершенно обыденным. Что же произошло?

Мозг как бы перевел нашу походку в режим автопилота. Как только это происходит, мы, по сути, теряем контроль над двигательной программой. Все начинает работать без нашего сознательного участия. Механизмы походки становятся для нас столь же недоступными и скрытыми, как пищеварение или сердцебиение. Вряд ли кто-то может сознательно регулировать давление, частоту сердечных сокращений или количество секретируемого желудочного сока. Конечно, мы в состоянии менять амплитуду и скорость шага, но сама программа уже достаточно жесткая.

Говоря физиологическим языком, формируется двигательный (динамический) стереотип. Это нечто похожее на КФД, только уже созданное нами самими, а не запрограммированное эволюцией.

Динамический стереотип представляет собой устойчивый комплекс условно-рефлекторных двигательных (и не только) реакций, которые всегда реализуются в строго определенной последовательности.

В случае с походкой мозг создал динамический стереотип, который был записан в сети нервных клеток, управляющих конкретными мышцами. Эти клетки (находящиеся в разных центрах) «отдают приказ» мышцам, удерживающим позу, обеспечивающим наклон туловища, осуществляющим сгибание-разгибание коленных суставов и так далее.

Такой двигательный стереотип является базой для нашего передвижения и поддержания осанки во время ходьбы. И уже на его основе формируются другие, более специализированные двигательные акты: бег на лыжах, катание на коньках и так далее.

Как писал психофизиолог, выдающийся экспериментатор Николай Александрович Бернштейн, даже простое движение, приобретенное при жизни, выполнено без участия психики. Чтобы не возникало путаницы с абстрактным понятием «психика», поясню: в современном понимании мы говорим, что приобретенное движение выполняется без сознательного контроля.

Бернштейн, посвятивший свою деятельность психофизиологии труда, писал:

В построении движений участвуют все уровни головного мозга. В стройном и согласованном ансамбле каждый из них ведет свою партию.

И действительно, если мы взглянем на то, как формируется динамический стереотип походки, то увидим, что его механизм затрагивает и спинной мозг, и все этажи головного мозга.

Наглядно это демонстрирует схема, представленная на рис. 36.

Вообще, понимание специфики динамических стереотипов – чрезвычайно важная вещь. К примеру, неправильная походка, искривленная осанка могут весьма пагубно воздействовать на весь организм.

Динамические стереотипы не ограничиваются лишь двигательными вариантами. Наше поведение буквально пронизано бесконечными динамическими стереотипами.

Вот подумайте о молоке, белом, парном. Теперь попробуйте закрыть глаза и представить какое-нибудь животное. Первым делом, скорее всего, вам на ум придет корова или коза. Кто-то еще, может, кошку припомнит. Да, мы мыслим автоматизмами! Мозг ведет импульсы по самым простым для него путям («проторенным дорожкам»).

Рис. 36. Схема путей формирования динамического стереотипа походки

Когда речь заходит о динамическом стереотипе, я сразу вспоминаю одну свою знакомую (сейчас уже взрослую и солидную женщину), которая однажды поведала мне секрет. К слову, теперь она не считает нужным делать из этого секрет, поэтому мне разрешено написать об этом в книге.

– Знаешь, – робко начала она, помешивая кофе, – иногда я это ощущаю, как свою главную странность. Вроде бы и деньги сейчас есть, и сын в школу скоро пойдет, а я как будто проваливаюсь в нищету из прошлого.

– А если подробнее? – спросил я, стараясь подвинуть стул ближе к ней, чтобы скрипом не мешать остальным посетителям кафе на Невском.

– Ну… – замялась она, потом хихикнула, опустив голову и глядя на стол, – в общем, я странная… многие грызут ногти, когда нервничают, а я грызу семечки… причем сырые, не жареные…

И дальше она рассказала мне историю, как она до двенадцати лет жила с семьей в небольшом городке, и в конце весны ее каждый год отправляли к старушке – двоюродной тетке матери. Пожилая женщина кормила ее преимущественно тяжелой, жирной пищей: блины, оладьи, печеные пирожки с яблоками или капустой. А еще в одной из комнат старого деревенского дома стояли мешки с семечками. На лето девочке задавали читать книги по школьной программе. Как вспоминала моя знакомая, старушка была строгая, иногда даже сердитая, но справедливая. Она следила за тем, чтобы девочка читала. Комната с семечками была самой тихой в доме, туда не допускались ни домашние коты, ни собаки.

Усевшись у окна, моя знакомая в одной руке держала книгу, а другой осторожно залезала в один из плохо завязанных мешков. Кожуру от семечек она выбрасывала в окно. Всякий раз, когда моя знакомая ругалась со старушкой (а такое, видимо, происходило нередко), она уходила в эту комнату, утыкалась в какую-нибудь книгу и грызла семечки. Совсем сырые, аккуратно извлеченные из пыльного мешка. Семечки эти предназначались для изготовления масла и, как выяснилось потом, трогать их строго запрещалось.

Со временем отношения со старушкой у моей знакомой наладились, сделались совсем доверительными, она выделила девочке целый мешок. Лишь бы та училась и читала книги. Когда старушка умерла, знакомая долго горевала. А затем они с семьей перебрались в Петербург.

Но те времена для нее не прошли даром. Всякий раз, когда ей становится грустно или невыносимо одиноко, она уходит туда, где ее никто не видит, и грызет семечки.

Здесь речь идет о привычке, с точки зрения психофизиологии это целый поведенческий акт (динамический стереотип), сформировавшийся в результате воздействия определенных сопутствующих стимулов (подкреплений).

Из нашего повседневного опыта известно, что часто подкрепления бывают отрицательными. Скажем, если ученик уже в первом классе получил строжайший выговор за то, что без ведома учителя нарисовал что-то на доске, потом он будет обходить эту самую доску за километр.

Кстати, дети ведь боятся выходить к школьной доске именно по этой причине. У них сформирован динамический стереотип, вызывающий реакцию отторжения, потому что еще в начальных классах учителя устраивали им публичные взбучки у этой же самой доски. Строгие слова учителя послужили отрицательным подкреплением.

Предположительно, привычки были придуманы эволюцией, чтобы экономить физиологические ресурсы. Когда что-то доведено до автоматизма, кора мозга, требующая массу энергии, «не думает» и организм просто что-то воспроизводит без участия сознания (нам этот факт еще пригодится в третьей части).

Главная проблема заключается в том, что мы живем в быстро меняющемся мире. И выработанные некогда привычки нужно уметь оперативно перестраивать. К сожалению, научить нас этому эволюция еще не успела. Слишком быстро человек бежит впереди паровоза – своей бабули-природы.

Привычки (динамические стереотипы) – это вариант приспособления под те или иные условия. Мы реагируем на мир, вырабатывая динамические стереотипы. Как вы увидели на вышеупомянутом примере, еще с детства. И со временем, став взрослыми, мы начинаем воспринимать мир стереотипно. Вот где кроется главная загвоздка.

Мы превращаемся в подобие биороботов, у которых уже есть заготовленные реакции и на еду, и на слова, и на выражения лиц. Кстати, поэтому многим людям все начинает казаться серым, унылым, скучным и однообразным. Мир делается блеклым и невыразительным.

На самом деле мир как мир. Это мозг так приспособился.

По всей видимости, стереотип задумывался не только для экономии энергии, но и, как многие другие эволюционные приобретения, для безопасности.

Поэтому ситуаций с отрицательным подкреплением мозг начинает просто избегать. Дети не хотят идти к школьной доске!

Отрицательное подкрепление работает намного сильнее положительного.

Выработав однажды безопасную стратегию – обнаружив простую и удобную тропу без хищников в лесу или степи, ходить по ней, – наши предки придерживались ее.

В современных реалиях стереотипное действие воспринимается как понятное, знакомое. Нам комфортно в лабиринтах наших динамических стереотипов.

Нарушение динамического стереотипа

И. П. Павлов обнаружил, что нарушение привычного для животного стереотипа вызывает массу негативных эмоций (таких как тревога, страх), но возобновление стереотипа сопровождается положительными переживаниями.

К людям это тоже применимо. Скажем, когда мы приходим в знакомое нам с детства место, внутри возникает приятное чувство ностальгической радости. Это происходит по причине возобновления некогда сформировавшегося динамического стереотипа.

Но если жизнь подкидывает нам неприятный сюрприз, заставляя уйти из хорошо сложившегося коллектива или переехать в новый город, наша психика окунается в глубокий колодец стресса.

Зачастую такая реакция возникает даже у людей, которые переезжают в места с более благоприятными условиями для жизни. Человек с Крайнего Севера, переехавший в Сочи, наверняка тоже испытает сильнейший стресс. Возможно, дело даже дойдет до невроза и походов к психотерапевту.

Просто сменился динамический стереотип.

Мы с вами теперь понимаем, насколько огромна сила привычки (динамического стереотипа). Подчас ее практически невозможно изменить, либо необходимо сначала ее осознать и приложить массу усилий для изменения стереотипного поведения (и мышления!).

В любом случае порой осознание особенностей своих стереотипов и понимание того, что от некоторых из них придется избавиться, действительно способно кардинально изменить жизнь человека в лучшую сторону.

Подытожу все вышесказанное: важно понимать, что динамический стереотип, с одной стороны, очень похож на КФД, но, с другой стороны, он является приобретенной формой поведения, основанной на условных рефлексах, разученных нами в течение жизни.

И все-таки как выглядит схема поведенческого акта, какова структура поведения?

Желающего идти судьба ведет, не желающего – влачит.

Клеанф

Структура поведенческого акта

До сих пор нет принципиально более совершенной модели поведенческого акта, чем та, которую предложил Петр Кузьмич Анохин. Он назвал ее функциональной системой.

По своей природе функциональная система – схема ключевых блоков мозга, обеспечивающих поведение. Действие всех составных частей этой схемы-модели направлено на достижение определенного и полезного для организма результата.

В рамках функциональной системы мы говорим уже о нервных механизмах более сложных порядков, чем, скажем, рефлекторные дуги (бессознательные рефлексы, такие как, например, коленный рефлекс).

Некоторые физиологи выделяют функциональные системы двух типов. Первый тип – это системы, обеспечивающие постоянство среды (давление, уровень сахара в крови и так далее). Такие системы компенсируют сдвиги автоматически. Вы не можете знать, к примеру, уровень глюкозы в крови, а система – может. У нее есть целый центр в гипоталамусе, измеряющий этот показатель. Система первого типа автоматически, в обход вашего сознания, компенсирует возникающие сдвиги во внутренней среде.

А вот второй тип функциональных систем использует для саморегуляции факторы внешней среды. Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма – через связь с внешним миром, через изменения поведения.

В целом схема такая. Животное (да, собственно, и человек) делает все целенаправленно (со смыслом). Если что-то его не устраивает, оно начинает действовать – по сути, или воды, например, мы делаем все, чтобы устранить нехватку, приспособиться.

Рис. 37. Схема поведенческого акта по П. К. Анохину

На схеме можно увидеть, что поведенческий акт состоит из последовательно сменяющих друг друга стадий. Давайте сначала внимательно изучим схему (рис. 37), а потом посмотрим, как она работает на наглядном примере.

Слева на схеме, рядом с мотивацией, указана обстановочная афферентация (от лат. afferens – «приносящий»). Это множество самых разнообразных воздействий, которым подвергается человек в конкретной ситуации. Это и температура воздуха, и уровень освещенности, и окружающие звуки. У человека уже есть какая-то мотивация. Но многие стимулы вокруг окажутся несущественными в данный момент. Лишь некоторые из них вызовут интерес (ориентировочную реакцию). К ней мы еще вернемся, когда будем говорить о внимании. Важнейшие стимулы, соответствующие мотивации, обозначены как пусковой стимул.

Все стимулы обстановочной афферентации (окружающей среды) вместе с пусковым стимулом субъективно отражаются человеком в виде ощущений и восприятий. В мозге они взаимодействуют с прошлым опытом (памятью). А это в свою очередь формирует образ. Но сам по себе образ не может порождать поведение.

Сопоставление образа с разными аспектами памяти и мотивацией создает в мозге план действий (принятие решений). Обычно возникает несколько возможных вариантов действий, которые в данной обстановке могут привести к удовлетворению имеющейся потребности.

В коре и ближайшей подкорке ожидаемый итог действий сформирован в виде своеобразной нервной модели – акцептора результата действия. У человека всегда есть какое-то видение конечного результата (того, что он хочет получить).

Когда акцептор сформирован и известна программа действия, запускается процесс осуществления действия.

С самого начала выполнения действия за счет работы коры происходит его волевой контроль. Информация о действии через обратную афферентацию передается в кору и подкорку. Там она сопоставляется с акцептором, и это порождает определенные эмоции. К этим же структурам коры и подкорки вскоре поступают и сведения о том, чем же завершилось действие. Если то, что получили структуры коры и подкорки, соответствует акцептору результата действия (желаемому результату), возникают положительные эмоции. Действие прекращается.

Если же данные не соответствуют акцептору, возникают отрицательные эмоциональные реакции. И они будут создавать дополнительную мотивацию к продолжению действия, его повторению с постоянно вносимыми корректировками до тех пор, пока полученный результат не совпадет с намеченной целью (акцептором).

Давайте рассмотрим такой пример. Допустим, вы находитесь на крыльце загородного дома. Лето. Жарко. Обстановочная афферентация. В какой-то момент вы чувствуете, как в горле все пересыхает и язык прилипает к горлу (пусковой стимул). У вас формируется образ того, как вы изнемогаете от жары. Вы вспоминаете, что в холодильнике должна быть бутылка прохладной воды, – вы сопоставили образ с информацией, которая есть в памяти. Вы решаете, что пора утолить жажду. И в этом поможет бутылка с водой. У вас формируется план действий: сейчас пойду на кухню, открою холодильник, возьму бутылку и так далее.

В мозге кора и ближайшая подкорка формируют идеальный образ вас, пьющего прохладную воду (это акцептор результата действия). Ваш мозг запускает динамический стереотип – ходьбу. Это вы приступили к действию. Вы подходите к холодильнику, открываете его и находите там заветную бутылку. Открываете крышку, делаете глоток, другой. Все. Итог вашего действия совпал с акцептором. Вы получили положительные эмоции.

В такой ситуации прилипший к небу язык, по сути, является аналогом звонка у собак Павлова. Вы знаете, что сухой язык приведет к неприятным ощущениям, вплоть до обезвоживания. В случае же со звонком собака знает, что после него последует кормежка. И это запускает в ее мозге действия, направленные на получение еды.

Подобные примеры демонстрируют степень алгоритмичности нашего поведения, его программируемости. И мы еще раз убеждаемся в силе динамических стереотипов.

И все-таки, если столь многое в нас запрограммировано, насколько мы вообще можем влиять на свое поведение?

Информация влияет на работу генов в мозге

Долгое время считалось, что информация считывается из наших генов, а затем на ее основе в молекулярных машинах клетки синтезируются белки. И они уже начинают работать, обеспечивая те или иные процессы. Важно понимать, что по своей сути ген – это информация о какой-то молекуле белка.

Наши внешние признаки, поведение, аллергические реакции, иммунная и нервная системы – все это определяется белками. Например, ферменты, участвующие в синтезе красящих молекул меланинов, кодируются определенными генами. Меланины бывают нескольких типов. У людей встречаются гены, кодирующие эумеланин (черная, коричневая окраска). В таких ситуациях мы получаем детей-брюнетов. Гены, кодирующие феомеланин (красноватый оттенок), приведут к тому, что у детей будут веснушки и рыжие волосы.

Итак, мы примерно разобрались, как это работает. Но теперь важный момент. Гены-то у нас изначально есть все и в каждой клетке организма их набор одинаков – но почему тогда все клетки разные внешне? Это происходит потому, что какие-то гены выключены в одних клетках, но работают в других. Гены, отвечающие за формирование отростков, работают в нейронах (поэтому они имеют звездчатую структуру), но не работают в клетках кожи (поэтому кожа гладкая).

Вот и все чудо. Но на самом деле ситуация все же несколько сложнее.

Вы уже знаете, что всякий раз, когда вы что-то учите, в нейроне включаются в работу белки, которые строят новые связи между клетками. Более того, поступающая информация влияет на то, насколько активно будут работать те или иные гены, связанные с построением новых связей. В 2000 году за описание этого механизма Эрик Кэндел получил Нобелевскую премию.

Давайте рассмотрим на примере.

Когда самец зебровой амадины – птицы семейства ткачиковых – слышит песню другого самца, в слуховой области его мозга включается в работу ген erg1.

Но этого не наблюдается, когда птица слышит любые другие звуки. То есть это такой специальный ответ на социально значимую информацию. Вдумайтесь, ген включается в работу под воздействием звука.

Более того, ген erg1 работает активнее, если птица слышит песню незнакомого самца своего же вида (по сравнению с ситуациями, когда слышны песни самцов, живущих по соседству).

Выяснилось, что ген erg1 является регулятором других генов, ответственных за социальное взаимодействие. Он обнаружен у большого количества животных.

Недавние исследования показали, что подобные механизмы весьма консервативны. Эволюция закрепила их и у людей.

Например, если мужчинам в нос закапать гормон вазопрессин, лица других людей покажутся им менее дружелюбными, чем раньше. При этом у самих испытуемых на лице появятся выраженные признаки отвращения, агрессии.

У женщин эффект противоположный: лица становятся для них приятнее. Мимика женщин становится более дружелюбной. Удивительное действие вазопрессина объясняется тем, что он одновременно является и гормоном, и нейромедиатором.

Причем вазопрессин – не обычный гормон, а нейрогормон, то есть он способен возбуждать сразу множество клеток мозга, в том числе расположенных далеко от точки выброса. Вот так простое введение одной молекулы может невероятным образом изменять все поведение.

Вспомните схему с матричными процессами синтеза белка в клетке (см. рис. 6). Если вы еще раз внимательно ее изучите, то поймете, что теоретически на каждый из этапов синтеза белка могут влиять факторы внешней среды. Причем до конца не очень понятно, к каким изменениям они могут привести.

Как минимум нужно учитывать тот факт, что информация влияет на генетические процессы в клетках. Получается, что даже прочтение «Горе от ума» теоретически меняет работу генов в мозге. Именно по этой причине так важно помнить: многое в будущей жизни ребенка зависит от той информации, которую вы направляете в его мозг.

Так все-таки: гены или среда? Рождаемся или становимся гениями?

Вот уже не первое десятилетие всемирно известный ученый, нейроэндокринолог Роберт Сапольски, пытается заставить человечество задуматься о взаимоотношениях генов и среды. Что первично?

Мы лишь вскользь касались этого вопроса. Я упоминал, что свойства рефлекторных дуг спинного мозга достаточно жестко задаются генетикой. Жестко задана генетикой и группа крови. Она у нас постоянная с рождения. Но я аккуратно отметил также, что средовые факторы вносят значительный вклад в развитие нервной системы плода. Где же правда?

Согласитесь, это одна из важнейших тем. Если, к примеру, мы докажем, что все определяют гены, получится, что всевозможные техники развития интеллектуальных функций, внимания, памяти лишены всякого смысла. У нас будет лишь один путь – генная инженерия. В случае если нам удастся выяснить, что среда намного важнее генов, разумеется, мы будем перестраивать наше образование, здравоохранение, системы питания и физического развития. Мы будем делать это так, чтобы получить самых разумных, самых интеллектуально одаренных, внимательных, памятливых людей. Условно можно выделить два лагеря. Один – за генетику, второй – за среду.

В своих книгах Сапольски едко поддевает сторонников обоих лагерей. Он приводит в пример голливудских звезд, попавших в список «50 самых красивых людей мира» по версии журнала People. Авторы списка задаются вопросом: природа или воспитание?

Сапольски подмечает, что Бен Аффлек из «лагеря среды» заявляет, будто в мир кино ему помогли попасть занятия со штангой и коронки на зубах. Гвинет Пэлтроу и Джош Бролин оказались в другом лагере. Бролин списывает свою привлекательность на гены, доставшиеся от отца. Конечно же, эти взгляды весьма радикальны.

Но почему же Сапольски так привязался к этим бедным актерам, к сторонникам генетики и последователям «лагеря среды»?

В действительности нам надо поблагодарить его за то, что он сделал так много, стремясь убедить все мировое – и не только научное – сообщество в том, что гены и среда всегда работают вместе. И вообще, образно говоря, наша жизнь похожа на качели. Где мах в одну сторону – приближение к генам, а в другую – к влиянию среды. На протяжении жизни мы постоянно качаемся то в одну сторону, то в другую. И есть ситуации, когда развитие нашего организма очень сильно предопределено генами (мутации на уровне хромосом, серьезные нарушения в функционировании генов) и, напротив, когда среда «диктует» генам, как им сработать.

Всем исследователям, которые занимаются естественными науками, важно получать воспроизводимые результаты. Если считать, что гены и среда идут рука об руку, возникает закономерное предположение: если мы возьмем организмы с одинаковыми генами и поместим в одинаковую среду, то получим одинаковый результат на выходе. Так ученые и поступили. Они провели невероятно скрупулезное исследование, результаты которого опубликовали в 1999 году в Science, одном из самых авторитетных мировых журналов.

Основной задачей исследователей была разработка тестов, которые бы помогли точно измерить воздействие генов на тревожность и тягу к алкоголю.

Поскольку на людях подобные эксперименты запрещены, ученые взяли несколько чистых линий мышей и развезли по трем независимым лабораториям. В чистых линиях получаются практически идентичные особи (почти как однояйцевые близнецы), так как на протяжении многих поколений скрещивают близких родственников.

Линия Х была базовой. В линии Y оказались мыши, склонные пить алкоголь. А в линии Z – тревожные животные. Дальше началась тщательная, очень методичная подгонка условий содержания, чтобы они были идентичными во всех трех лабораториях. Строго запрещались малейшие отклонения. Все клетки одной марки, корм от одних и тех же поставщиков, температура в помещениях одинаковая. Всех мышей отлучали от матери в один и тот же день и даже час! В руки исследователи брали животных в одно и то же время в перчатках одной и той же фирмы и так далее. Максимальное приближение к идентичности. Если бы все ученые были клонами друг друга, условия содержания можно было бы считать совершенно идентичными.

По мнению исследователей, в каждой из лабораторий все мыши должны были набрать одинаковое количество баллов по тому или иному параметру тестов. Так, все животные линии X во всех трех лабораториях должны были набрать шесть баллов в первом тесте на активность (подвижность), а линии Y – девять баллов. И такой результат означал бы, что гены играют решающую роль при одинаковых условиях среды. Остановитесь на секунду и подумайте, насколько это жутко. Если это так, мы можем «штамповать», к примеру, и алкоголиков, как на конвейере. Выводи особей с определенными генами, погружай в конкретную среду и все.

Что же случилось дальше?

Ученые внимательно подсчитали баллы. И… результаты тестов оказались совершенно хаотичными по многим параметрам! Причем расхождения в результатах достигали десятков раз. К примеру, измерялась активность животных под воздействием различных веществ. Для этого замеряли, сколько сантиметров прошла мышь за определенное время. (Мыши маленькие, поэтому их «шаги» измеряют сантиметрами, а не метрами, как наши.) Изменение активности под воздействием психоактивного вещества у мышей линии Y в одной лаборатории составило 667 см. А у мышей той же линии Y под действием того же вещества в другой лаборатории – уже 5000 см! Это как если бы однояйцевые близнецы упражнялись в прыжках по одной и той же методике, но на соревнованиях один прыгнул бы на два метра в длину, а второй на пятнадцать. Понимаете разницу?

Конечно, по некоторым параметрам были получены схожие результаты. Ученые знали, что делают, и выполняли свою работу хорошо. Справедливости ради надо отметить, что гены действительно оказывали сильное влияние на некоторые аспекты поведения, но далеко не на все. Да, мы уже увидели как мутации в группах генов NOTCH2 повлияли на всю дальнейшую эволюционную историю нашего мозга. Но речь не идет о столь глобальных эволюционных приобретениях. Мы говорим о том, как гены конкретного организма взаимодействуют со средой. Представляете, насколько это исследование оказалось неудобным для мировой генетики, привыкшей к тому времени своим молекулярным пальцем указывать всем остальным, где их место?

Одинаковая генетика даже при очень схожих условиях жизни, давала многообразие вариантов. Природа в очередной раз преподнесла сюрприз.

Что же дают нам эти выводы? Они вновь подводят нас к одной простой идее, в которой есть две правды: с чем-то мы рождены и не можем этого изменить, но на многое можно влиять. Именно на это «многое» нам и нужно делать упор.

Ведь никто же всерьез не задумывается о том, чтобы изменить группу крови? Вероятно, в будущем и это станет возможным. Пока давайте вернемся к тем системам в мозге, которые закладываются генами, а развиваются под воздействием среды и индивидуального опыта.

ДСМ, СВЗ, ЦИС. В какие сети мозг затягивает рыбу мышления

Мы с вами уже знаем, что в мозге есть ядра (скопления тел нервных клеток) и белое вещество (отростки, провода если хотите). За счет проводов белого вещества вычислительные ядра-серверы в мозге соединяются в сети. В томографе можно увидеть, как синхронно работают эти структуры мозга при выполнении человеком той или иной задачи. Таких крупных сетей обнаружили уже более десятка.

Но нас интересуют три важнейших из них. От работы этих сетей зависит все: внимание, мышление, способность к творчеству и так далее.

Не все поля Бродмана оказались «перепаханы»

Еще с конца XIX века в среде нейробиологов велись споры о том, насколько точечно распределены функции в мозге. Уже сейчас, после прочтения даже части этой книги, вы немало узнали о механизмах работы мозга, а тогда исследователям было известно еще не так много. Сторонников подхода, предполагающего, что каждой конкретной функции в мозге может быть отведен свой участок, назвали локализационистами. А тех, кто считал, что для обеспечения тех или иных функций мозг должен задействовать все ресурсы, назвали генерализационистами. В XX веке многие исследователи посвятили жизнь тому, чтобы отыскать разные области. Например, Карл Лешли многие годы искал область памяти в мозге у крыс, но так и не сумел ее обнаружить. В научных кругах даже ходили слухи, что у него из-за этого началась депрессия. В конце концов Лешли пришел к идее о несостоятельности представлений о мозговой локализации.

Рис. 38. Поля Бродмана, нанесенные на поверхность коры мозга

Лешли противопоставил этой концепции идею о том, что высшие отделы головного мозга весьма пластичны и некоторые из них даже могут брать на себя функции поврежденных или утраченных. Также Лешли предположил, что структуры мозга весьма многозадачны. В некотором роде Лешли заложил серьезный фундамент для развития уже более современных представлений о мозговой организации высшей нервной деятельности человека.

Но прежде чем мы перейдем к этим современным представлениям, важно вспомнить еще одного выдающегося исследователя первой половины XX века – Корбиниана Бродмана. Несомненно, Лешли был прав относительно того, что сложные психические функции, такие как память, не могут ограничиваться каким-то одним участком в мозге. И даже гиппокамп, о котором я уже сказал несколько слов, по своей сути не является вместилищем памяти. Это скорее структура-оператор, которая разбирает картотеку данных. В ней расположены своеобразные указатели. А сами данные уже распределены в коре больших полушарий. Причем какие-то из них – узкоспециализированные – действительно должны обрабатываться в конкретном месте.

Об этом догадывались давно. Исследователи собирали по крупицам данные о функциональной активности участков коры мозга. Но первым, кто к этому подошел систематически, был именно Бродман. Он предложил карту так называемых цитоархитектонических полей.

Это благодаря ему появились условные зоны, ответственные за ту или иную функцию. Когда Бродман делил кору на зоны, основывался он на клеточном строении тех или иных участков. Он использовал красители и внимательно рассматривал, как окрасятся нервные элементы. Нам с вами уже известно, что кора многослойная. И клетки в ней разные как по форме, так и по выполняемым функциям. К тому моменту вообще мало что знали о функциональной вид техники). Надо отдать должное, что, несмотря на отсутствие точных методов исследований, Бродману удалось достаточно четко провести границы некоторых областей.

Конечно, впоследствии многие авторы подвергли критике работы Бродмана, но им уже были доступны более современные методы исследований.

Чуть позднее кору поделили на первичные, вторичные и третичные (ассоциативные) зоны. С принципами их работы мы с вами уже познакомились в первой части. Кратко напомню, что первичные зоны коры получают информацию практически напрямую от органов чувств (через таламус), а вторичные и третичные имеют дело уже с частично обработанной информацией.

В XX веке было описано около 50 полей. И надо сказать, что длительное время многие (даже серьезные институты) пользовались этой картой. Интересно, что некоторые участки долго оставались пустыми, то есть с ними вообще не была соотнесена никакая функция (вернее, не было определено, к какому набору структур, отвечающих за ту или иную функцию, их можно отнести).

Но в 2016 году в журнале Nature вышла статья, авторы которой решили применить современные методы и перепроверить карту полей Бродмана. Оказалось, что в каждом полушарии областей не 52 (и даже не 83, как пытались предположить другие ученые после Бродмана). Мэтью Глэссер и другие исследователи из его группы обнаружили около 100 ранее неучтенных областей коры! Вдумайтесь в это. Выяснилось, что их 183, то есть на 97 больше, чем считалось ранее.

Более детальное понимание локализации функций дает врачам большое преимущество при изучении и лечении таких расстройств, как аутизм, шизофрения или эпилепсия. Более того, мы можем прицельнее настраиваться на изучение памяти и мышления.

Рис. 39. Карта областей мозга по данным из работы Мэтью Глэссера (2016)

Вы можете возразить: постойте, мы же выяснили, что локализационистский подход несостоятелен! Как же тогда быть с экспериментами с перерезанием волокон и перенаправлением сигналов из одной области в другую так, что животное начинает «видеть» ушами? На самом деле здесь нет противоречия. Как раз тут и работает концепция, предложенная Лешли. Области мозга, картированные Бродманом, а затем уточненные другими исследователями, действуют не локально, а в составе обширных групп структур.

И сегодня мы смотрим на области мозга гораздо объемнее. Мы понимаем, что условно сети в мозге можно классифицировать по химическому и структурно-функциональному принципам. Первый способ предполагает классификацию по используемым нейромедиаторам. Я это уже упоминал. А второй, собственно, и описывает то, как разные области в мозге объединяются в одну систему, чтобы обеспечить ту или иную функцию. Представьте. Если бы некий исследователь с другой планеты описывал наши ноги, он мог бы сказать: ну, две палки какие-то из туловища торчат. Затем, увидев как мы идем, он бы добавил: ходули. А потом, заметив, как кто-то переплывает реку, еще добавил бы: ласты. Вот и мы, как этот инопланетянин, глядя на какую-ту структуру в мозге, описываем ее разные функции в зависимости от ситуации. И тогда у нас префронтальная кора (лобные доли) в каких-то задачах планирует действия, в других – тормозит эмоциональные реакции, в-третьих – хранит часть краткосрочных воспоминаний. Но здесь важно понять, что одна и та же структура может выполнять не любую функцию. К примеру, мозжечок не способен планировать действия, как префронтальная кора. То есть все-таки у структур есть некоторая специализация (так же как и у наших ног: они могут делать многое, но держать ими ложку неудобно). Да, некоторые люди могут научиться держать ложку и пальцами ног, но все-таки изначально они приспособлены для другого.

Одна и та же область может вовлекаться в обеспечение разных функций, но набор этих функций, вероятно, ограничен изначальной анатомией и физиологией. Мозг перетасовывает структуры, как конструктор, попеременно задействуя то одни, то другие.

В последние годы с развитием МРТ-технологий, мы увлеклись картированием мозга. Нам захотелось «увидеть» тот самый поведенческий акт, описанный еще Анохиным, прямо в мозге. Где же там этот акцептор результата действия?

Изначально нейробиологи полагали, что мозг работает на полную мощность, когда ему ставят конкретную задачу, а в отсутствие умственных стимулов он отключается.

Но одним из первых, кто заметил обратное, был Бхарат Бисвал из медицинского колледжа в Милуоки. Работая над улучшением качества получаемого при МРТ изображения, он обнаружил, что активность мозга в состоянии покоя все равно присутствует, даже когда пациентов просят полностью успокоить ум. Научная общественность не придала этому факту должного значения.

Через пару лет (в 1997 году) Гордон Шульман подметил удивительную вещь: концентрация внимания приводит к ослаблению «шума мозга» (базовая активность).

Выяснилось, что, когда мы решаем какие-то задачи, мозг снижает активность в следующих серверах обработки информации: медиальной префронтальной коре (благодаря ей мы понимаем других людей), латеральной теменной коре (отвечает за планирование сложных движений), задней части поясной извилины (помогает оценивать иерархию в обществе, сопротивляться мнению большинства), энторинальной коре (кодирует информацию о контексте, связанном с окружением) и других.

Иными словами, считая в столбик, внутри мозга вы более спокойны, чем в своем обычном «спокойном состоянии».

Дефолт-система мозга

В 2001 году Маркус Райхл сформулировал концепцию дефолт-системы мозга (ДСМ). На первый взгляд может показаться, что это как бы «система ничегонеделания», но это не так. Выяснилось, что, когда мы отвлекаемся от дела, мы отвлекаемся на что-то внутри себя. Оказалось, что ДСМ – это сеть, которая отвечает за наши рассуждения о социальных отношениях. Оцените, как часто вы думаете о взаимоотношениях с друзьями или родственниками? На самом деле мы все постоянно на это отвлекаемся: доволь-на ли моя вторая половина, не обидел ли я коллегу, почему со мной не разговаривает ребенок и так далее.

Рис. 40. Структуры дефолт-системы мозга (выделены светлым)

Вероятно, эта система, называемая также сетью пассивного режима работы мозга (СПРРМ), сформировалась в нашем далеком эволюционном прошлом, когда мы еще были стайными.

В те времена в небольших группах (120–150) особей наши предки боролись за выживание в жестоком мире. Им было важно держаться вместе. Поодиночке люди обычно погибали. Для того чтобы понимать все социальные взаимоотношения внутри стаи, у наших предков и сформировалась целая сеть – дефолт-система мозга. Исследования показывают, что наш мозг способен удерживать в активной памяти социальных взаимоотношений примерно 150 разных людей.

Так вот, когда наши предки создавали первые цивилизации, а скученность людей стала больше, потребовалось перепрофилировать дефолт-систему под решение других задач. Если вдуматься, все наше мышление антропоморфно, то есть мы примеряем ко всему варианты социальных взаимоотношений. Планеты вращаются вокруг Солнца, спутники крутятся вокруг планет. В этой системе взаимоотношений Солнце – главное, планеты – рангом пониже, ну а подчиняются всем – спутники. Создание абстрактных мыслительных образов стало возможно именно благодаря дефолт-системе. По сути, именно в ДСМ и происходит все мышление.

Из экспериментов с маленькими детьми мы знаем, что они интерпретируют геометрические фигуры как «плохие» или «хорошие» уже в один год. Ребенок видит, что катящемуся кругу вдруг преграждает дорогу треугольник. И ребенок тут же понимает, что треугольник плохой. В то же время ребенок понимает, что квадрат хороший, потому что на рисунке он тащит круг за собой. ДСМ ребенка создала внутреннюю модель социальной ситуации, где сопоставила понятия «друг» и «враг» в отношении квадрата и треугольника. Так реализуется принцип антропоморфности (человекоподобия) мышления, который закладывается еще с раннего детства.

Это не все функции дефолт-системы. Обратите внимание на то, что в ее состав входят гипоталамус и амигдала. А нам с вами уже известно, что это важнейшие структуры эмоциональной лимбической системы. Поэтому всюду, где они участвуют, мы будем наблюдать эмоциональный или мотивационный компонент. Возникает вопрос: как же амигдала ухитряется работать и там и там?

Дело в том, что на самом деле амигдала – это не одно ядро (скопление клеток), а целый кластер (от англ. cluster – «рой, скопление») ядер. Это такое суперъядро!

Только крупных ядер в ней насчитывается около семи штук. Например, кортикальное ядро амигдалы получает сигналы от обонятельной коры. Это в свою очередь может как запускать сигнальные реакции (беги от ядовитого газа!), так и регулировать настроение в зависимости от получаемых запахов. Вероятно, по этой причине ряд запахов оказывает расслабляющий эффект на людей (но не на всех, зависит от индивидуального опыта). Так вот, благодаря связям ядер амигдалы с гипоталамусом дефолт-система мозга также участвует в распознавании эмоционального состояния других людей. Здесь важно отметить, что не только зеркальные нейроны задействованы в процессе понимания чужих эмоций, но и ряд обширных структур ДСМ.

Рис. 41. Строение комплекса ядер амигдалы

Некоторые ученые предполагают, что ДСМ, обеспечивая всплески спонтанной мыслительной деятельности, позволяет нашему мозгу создавать и моделировать альтернативные сценарии, мысленно организовывать планы и готовиться к тому, что нас ждет в будущем. То есть в ДСМ формируются прогнозы и предвидение реакций других людей. Считается, что спонтанная мыслительная деятельность помогает структурировать ежедневные события. При этом значимая информация переводится в хранилище долгосрочной памяти.

И теперь самое важное, что нужно понять. За последние несколько тысяч лет наш мозг физиологически не изменился, а вот список задач значительно возрос. Да и сами задачи стали весьма специфическими с точки зрения природы. И тут вот какая проблема. Когда-то мы взяли в руку палку. Она стала продолжением нашего тела. Мозг может как бы встраивать предметы в схему тела. Благодаря этому мы научились охотиться, ловить рыбу – в общем, стали преуспевающими приматами. Потом мы изобрели железные орудия и тоже встроили их в схему тела, потом ножи, сабли, пистоли и так далее. И наконец сейчас, в эпоху цифровых технологий, в наших руках уже не реальный инструмент, а устройства для работы с инструментами виртуальными. Но! Мозг все равно остался тем же. И вот ему – бедняге – приходится что-то придумывать. А у него все те же сети. И под решение самых специфических задач он выделяет ту же ДСМ. Мозг на время выгружает из нее людей, заполняет освободившиеся места фактами, абстракциями, цифрами, графиками и начинает ими «жонглировать». Иными словами, вместо людей у нас в ДСМ теперь абстрактные экономические формулы, иконки из соцсетей, модели строительных объектов. Это все мозг и подвергает анализу.

Итак, получается, что у нас есть универсальный вычислительный процессор в виде ДСМ, который, по всей видимости, связывается также с разными серверами (хранилищами памяти в коре). И то, как его задействовать, зависит только от вас. ДСМ – это и есть субстрат мышления.

Важно также понимать, что, если ДСМ использовать не по назначению, она постепенно перестраивается под работу с данными, а не с людьми. Да и вообще, мозг очень пластичен.

Мы с вами уже увидели это на примере француза Матье. У него маленькая тонкая прослойка коры перераспределила и мобилизовала все ресурсы, чтобы скомпенсировать возникшие нарушения.

Сегодня нет единого мнения, почему одни люди более эмоциональные, а другие менее. Вернее сказать, родились ли они таковыми. К примеру, можно отметить, что ДСМ представителей шизоидного типа более загружена абстрактными объектами. Да и префронтальные области коры у них работают заметно активнее, чем структуры лимбической (эмоциональной) системы. Поэтому внешне они достаточно холодные, алгоритмически мыслящие люди.

Есть мнение, что у многих современных людей происходит снижение эмоциональности. Абстрактным данным не нужно вызывать в нас эмоциональный отклик – важен только интерес. Мы становимся «дофаминовыми наркоманами», ждем пока нас поощрят «интересной вкуснятиной» из контента на бескрайних просторах интернета.

В итоге мы меньше общаемся в реальной жизни, избегаем сложных вариантов взаимодействий, когда необходимо внимательно слушать собеседника, стараться понять его. Как следствие, происходит нарушение социальных связей. Мозг начинает думать так: «Зачем мне вообще другие люди? Они создают сложный эмоциональный фон, могут быть непредсказуемыми, ситуацию сложно контролировать. А еще люди порой говорят не очень приятные вещи – это вызывает дополнительные переживания и беспокойства. А вот интересный контент, да еще если он подкрепляется фантазиями, вызывает приятные эмоции. Надо брать!»

Но проблема в том, что эволюционно мы существа все-таки социальные. Нам нужны другие люди. Во-первых, они дают обратную связь о нас самих. И, получая ее, мы начинаем корректировать свое поведение, да и вообще учиться новому. А во-вторых, люди нам необходимы, чтобы оставаться психически адекватными. Мозгу нужно общаться. Так он получает возможность стимулировать выработку окситоцина и ряда других веществ. К тому же только в социальном взаимодействии друг с другом мы способны порождать действительно сложные интеллектуальные объекты, многоуровневые объемные идеи.

Сеть выявления значимости

Дефолт-система мозга не единственное скопление структур в мозге, объединенных в одну рабочую конструкцию. Есть и две другие важные сети.

Одна из них – сеть выявления значимости (СВЗ). Эта система обеспечивает возможность сосредоточиваться на конкретной интеллектуальной задаче. Когда вы любуетесь закатом, слушаете шелест листьев в осеннем лесу, пение птиц, в вашем мозге преобладает активность структур именно этой сети.

Сеть выявления значимости обеспечивает своеобразный режим непосредственного восприятия, интеллектуальной сосредоточенности или даже медитации. О СВЗ мы еще поговорим чуть позже.

Центральная исполнительская сеть

Еще одна важная структура – центральная исполнительская сеть (ЦИС). Она обеспечивает познавательную функцию – обработку получаемой информации. Эта система оценивает внешние стимулы и анализирует их. В ее состав входят верхняя теменная кора, верхняя часть фронтальной коры и другие структуры.

Важно сказать, что три системы «спорят» между собой и являются антагонистами. Когда, например, включается сеть выявления значимости, центральная исполнительская сеть тормозится.

Вот почему подросток, который хочет продемонстрировать свою «социальную крутость» перед сверстниками, сев за руль мотоцикла, с большой вероятностью не заметит дорожного знака и нарушит правила. Ведь для безопасного вождения нужно активно обрабатывать внешние сигналы (ЦИС), а у него эта сеть подавлена дефолт-системой (которая погружает его в мысли, связанные с его социальным статусом в среде подобных ему).

Только задействуя все три системы, подростки постепенно обучаются мыслить зрело, учитывать последствия своего поведения, адекватно рассуждать и принимать решения, исходя из реалистичных предпосылок.

Подсистемы ДСМ и другие СЕТИ мозга

Интересно, что некоторые авторы выделяют подсистемы внутри самой ДСМ. Условно их можно назвать подсистемой префронтальной коры (ППК) и подсистемой медиальной височной коры (ПМВК). Как вы понимаете, такое разделение связано с тем, какие именно функции обеспечивают те или иные структуры ДСМ. А названия даны по именам ключевых структур, входящих в подсистемы.

В рамках исследований последних десяти лет выяснилось, что ПМВК помогает нам мысленно организовывать свои планы и структурировать полученный опыт. А за беспокойство по поводу мыслей других людей (что же они о нас подумают) отвечает ППК.

На рис. 42 изображена схема областей ПМВК и ППК, подсистем ДСМ, а также обозначены их функции.

В последние годы выяснилось, что крупных сетей в мозге можно выделить не три, а гораздо больше. Также оказалось, что внутри таких сетей, как ЦИС, выделяются свои подсети.

Рис. 42. Схема подсистем ДСМ

Вот лишь некоторый список других сетей, выявленных учеными: фронто-париетальная (фронто-теменная), дорсальная сеть внимания (дорсальная фронто-париетальная), цингулярно-оперкулумная, вентральная сеть внимания, сеть обработки аудиальных стимулов, сеть обработки зрительных стимулов, соматосенсорная, моторная, субкортикальная.

Рис. 43. Распределение различных сетей в мозге человека

К примеру, фронто-париетальная сеть во время решения текущих задач посылает нисходящие сигналы, которые гибко смещают поток информации, проходящий через несколько функциональных сетей. Это позволяет избегать конфликта с уже выработанными привычками (динамическими стереотипами). По сути, благодаря этой сети мы получаем возможность скорректировать стандартные варианты реагирования на ситуации и обучиться новым навыкам, внести изменения в ранее созданные шаблоны поведения. Важно понимать, что сама по себе эта сеть является частью центральной исполнительской сети.

Внешняя система внимания – тоже часть ЦИС. Она позволяет переключать внимание между нисходящими сигналами (для решения текущих целей) и восходящими потоками информации. Это значимая задача, потому что организму необходимо оценивать, что приходит от его собственных органов, а что является абстрактным объектом, который находится лишь в воображении.

Важно понять, что мозговые сети действуют как хабы (узлы), гибко меняют свои функциональные схемы подключения, активируя другие сети для решения широкого круга задач.

«Невидимая рука» префронтальной коры

Вы, возможно, отметили, что в работе ДСМ активно участвует префронтальная кора – лобные доли. Я сказал о них несколько слов, когда говорил о коре. Чтобы понять, как устроено внимание (которое нам всем так нужно развивать), давайте разберемся, что особенного в этих лобных долях. Но прежде несколько историй.

Весна 1930 года. Лондон

Молодой лорд и его прекрасная спутница поднимаются по шикарной лестнице в зал Английской национальной оперы. Премьера спектакля. Вокруг огромное количество людей. На спутнице лорда изящное платье, украшенное драгоценными камнями. Она счастлива, что получила приглашение в театр от столь именитого ухажера, на ее лице сияет улыбка.

– Дорогая, погоди секунду, – внезапно он останавливает ее.

– Да, конечно. Что-то случилось? – все с той же сияющей улыбкой переспрашивает она.

– Нет, ничего. Надо кое-что сделать. Он отходит в сторону, расстегивает брюки и справляет малую нужду прямо на лестнице.

Улыбка на лице спутницы сменяется последовательными гримасами изумления, омерзения. Она не понимает, как себя вести. На происходящее осуждающе смотрят и другие гости театра.

– Зачем? Зачем ты это сделал?!

– Дорогая, ну животные же справляют нужду. Это не рационально тратить время на поиск уборной.

– Но мы не животные. Как так? – с ужасом в глазах она продолжает пытаться получить от спутника ответ.

1970-е годы. Советский Союз

В научно-исследовательском институте испытуемому предъявляют картинку, где изображен мальчик, провалившийся в прорубь. К мальчику бегут люди. На льду табличка с надписью «Осторожно». На горизонте виден город. Испытуемый, заметив надпись «Осторожно», сразу восклицает: «Ток высокого напряжения!»

Экспериментаторы изумлены. В чем дело? Происходящее далее повергает их в шок.

Увидев на картинке милиционера, бегущего спасать тонущего, испытуемый начинает кричать: «Война!» и так далее.

2016 год. Медицинская школа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе

– Лет пять назад он меня как-то разбудил посреди ночи, – рассказывает пожилая дама про своего супруга, – ему тогда еще 64 было… и он вдруг как начнет какие-то шутки рассказывать. Я ему – ты чего? А он не останавливается.

– А что было потом? – уточняет один из исследователей.

Что объединяет героев всех описанных истории?

У каждого из них были нарушения в работе лобных долей. Эволюционно это самые молодые образования мозга. У многих животных, даже высокоразвитых, они находятся в зачаточном состоянии, но у человека занимают около 25–29 % от всей площади больших полушарий. Как писал выдающийся советский психофизиолог Александр Романович Лурия, лобные доли являются основными составляющими блока «программирования» (третий этаж), регуляции и контроля деятельности.

Большую часть лобных долей (их передние отделы) занимает префронтальная кора. В ее состав входит орбитофронтальная зона. Она названа так, потому что находится как бы внизу лобных долей за глазницами (орбитами). Орбитофронтальная зона вовлечена в обеспечение эмоциональных реакций. Также она отвечает за поощрение во время принятия решения. Полагают, что именно в орбитофронтальной зоне находится условный «центр гедонизма», реагирующий на сладкое. То есть орбитофронтальная кора как раз замыкает порочный круг нашей зависимости от сладкого. И это ее придется тренировать, если мы захотим сесть на диету. Так происходит, поскольку орбитофронтальная кора связана с прилежащим ядром. Это то самое образование, которое сама себе стимулировала крыса, нажимая на педаль.

К сожалению, не только сахар находится в поле ведения орбитофронтальной зоны. В связке с таламусом и другими структурами лимбической (эмоциональной) системы орбитофронтальная зона отвечает за формирование алкогольной и наркотической зависимости. В ней буквально изменяется метаболизм, и нейроны начинают работать иначе.

Рис. 44. Различные области префронтальной коры

Недавние исследования показали, что в мозге людей, которые набрали максимальное количество баллов по тестам, измерявшим уровень эмоциональной теплоты и общительности, большее количество серого вещества содержится именно в орбитофронтальной коре. Также она активируется при виде улыбок и привлекательных лиц. Анализируя функции разных зон префронтальной коры, мы постепенно начинаем понимать, какую роль они выполняют в дефолт-системе мозга и почему одни люди более общительны, а другие – менее.

В процессах принятия решений активно участвует медиальная зона префронтальной коры. Она позволяет человеку осознать свои чувства и эмоциональные посылы (обеспечиваемые нижележащей лимбической системой) и понять, что именно вызывает у него грусть или страх.

Ряд ученых считает, что эта зона взвешивает и анализирует взаимосвязь контекста, места и времени события. Особенно хорошо медиальная зона работает с эмоционально окрашенной информацией. И во всех задачах, где необходим эмоциональный отклик на конкретные события в определенном месте и времени, мы можем наблюдать активность этой зоны.

Если мы попросим взрослого человека подумать о том, хочет ли он вернуться на прежнюю работу (и даже пообещаем вознаграждение за месяц пребывания на ней), то получим отклик в медиальной зоне. В этой ситуации прежняя работа несомненно вызовет эмоциональный отклик. Именно медиальная кора будет «крутить» информацию об эмоциональных составляющих (люди, условия труда, конфликты и так далее) в буфере рабочей памяти в тот момент, когда человеку придется решить, готов он вернуться обратно или нет.

Наконец, третьей крупной зоной префронтальной коры является дорсолатеральная.

Дорсолатеральная зона – одна из главенствующих структур, обеспечивающих планирование и регулирование двигательной активности. То есть все конечные решения относительно того, куда вы целенаправленно пойдете или какой фрукт достанете из холодильника, не могут быть запланированы и осуществлены без участия этой структуры.

Также дорсолатеральная кора фильтрует неактуальные, отвлекающие мысли. Таким образом она обеспечивают функцию внимания и позволяет нам не соскочить с мысли или, наоборот, вернуться к ней, если мы отвлеклись.

В процессах принятия решений дорсолатеральная кора активна, когда нужна оценка того, насколько справедливо поступают с человеком. Здесь же формируется наше чувство вины. Подробнее о работе дорсолатеральной коры мы будем говорить в главе, посвященной принятию решений.

Важно понимать, что области префронтальной коры имеют тесные связи как друг с другом, так и с нижележащими структурами. Перечисляя их функции (достаточно условно и упрощенно), мы всего лишь указываем на важную/доминирующую роль структур в том или ином мозговом процессе. Но все эти структуры всегда работают в составе какой-то сети.

В целом одна из важнейших интегративных функций префронтальной коры – работа с абстрактными понятиями. Префронтальная кора активно задействована, когда ваша ДСМ (в состав которой эта область, собственно, и входит) начинает «загружаться» не людьми, а виртуальными объектами: графиками, моделями атомов и так далее.

Знания о функциях лобных долей понадобятся нам, когда мы будем говорить о том, как принимаются экономические решения.

Если лобные доли ломаются…

Серьезные обширные нарушения лобных долей сказываются на всех когнитивных сферах деятельности мозга. Такие поломки даже выделили в отдельное заболевание – синдром лобных долей. Интересно, что во многих случаях больные могут выполнять умственные действия, хранить и использовать запас знаний, но у них напрочь пропадает способность создать программу сложного действия с конкретно поставленной целью. К примеру, им сложно проложить туристический маршрут, составить развернутое предложение на заданную тему, придумать инструкцию и тому подобное.

Некоторые больные хорошо распознают простые символы, но вот когда нужно сопоставить одни изображения с другими, возникают трудности. Мы получаем нелогичные, импульсивные, бессвязные ответы. Образно выражаясь, оркестр собрался, а дирижера нет. Из кусков в памяти не собрать что-то осмысленное. Мы это увидели во втором примере с испытуемым, который кричал «Война!».

Во многих случаях люди с лобным синдромом вообще не могут планировать никакие действия. «Он пошел зачем-то в шкаф», «Она стояла с зажженной спичкой в руке и не двигалась» – вот что говорят очевидцы про людей с нарушениями работы лобных долей. Они сами не понимают, зачем осуществляют то или иное действие. Их мозг не в состоянии составить законченные осмысленные программы. В шкаф нужно было войти, потому что у него есть двери (в двери обычно входят), спичку вроде как нужно зажечь, потому что она горит (в памяти есть такой опыт), а что делать дальше – неизвестно, так как программа не сформирована.

В норме благодаря лобным долям у человека тормозятся спонтанные реакции (которые формируются в нижележащих структурах). Мы останавливаемся при виде опасности, сворачиваем, если понимаем, что впереди тупик. Лобные доли могут отменить автоматические реакции. Это нас принципиально отличает от многих более примитивных животных, живущих за счет КФД. Вот идете вы к окну, а за ним улица. У окна есть своя «дверца». И в нее надо войти. Но ведь не в любую дверь можно войти (как и выйти из нее). Очевидно, в данном случае это ни к чему хорошему не приведет.

Для родственников больного одним из самых страшных проявлений лобного синдрома становится нарушение эмоциональной сферы. В ряде случаев больные перестают критично оценивать свои поступки, иногда им свойственно даже чрезмерно рационализировать действия. Мы это увидели в первом примере с лордом.

Другим примером подобных нарушений может служить безразличие, эмоциональная тупость. Человек почти не включает в работу мимические мышцы лица, не жестикулирует – окружающим не очень понятно, какую эмоцию он вообще хочет передать. Но могут возникать и, напротив, сверхэмоциональные проявления – так называемый лобный юмор. В этом случае человек использует неадекватные, неуместные сравнения, агрессивные нетактичные шутки. Исследователи описали синдром, который назвали Witzelsucht, что дословно переводится с немецкого как «постоянное желание шутить». Вы, наверное, уже догадались о каком из примеров, описанных выше, идет речь.

При синдроме лобных долей часто страдает непроизвольное внимание. Человек не может долго концентрироваться на каком-то объекте и постоянно переключается на другие стимулы. Такое состояние еще называют «полевое внимание». Человек, к примеру, должен выполнять какую-то задачу, но пролетающая мимо муха тут же заставляет его прекратить деятельность и обратить все внимание на насекомое. Впрочем, это длится недолго. Если в другом конце комнаты запищит комар, человек моментально переориентируется на него, и так до бесконечности. Человек как будто пытается танцевать неизвестный ему танец, подстраиваясь к тому же под ритм постоянно меняющейся музыки.

Итак, мы разобрали важнейшие системы в мозге, осознали значение передних отделов коры головного мозга, увидели, к каким нарушениям внимания может привести синдром лобных долей.

Внимание человека

Во многих бизнес-школах на программах MBA преподаватели учат студентов тому, что самое важное в бизнесе и управлении – это внимание.

Парадоксально, но многие недооценивают важность внимания. Более того, зачастую мы попросту не хотим задействовать его так, как надо. С 1999 года Дэниел Саймонс проводил исследования, в которых испытуемым демонстрировали видеофрагмент игры в баскетбол. Перед просмотром им говорили, что нужно подсчитать количество передач мяча, совершенных членами команды в белых футболках. Другая команда, к слову, играла в черных футболках.

В видеофрагменте во время игры на поле появлялся человек в костюме медведя или гориллы (в зависимости от модификации теста). Когда видео заканчивалось, испытуемые предлагали свои варианты ответов. Обычно достаточно точные. Затем исследователи спрашивали участников, заметили ли они что-то особенное. Чаще всего их ответ был отрицательным.

Большинство людей не замечают человека в костюме гориллы. Это связано с такими свойствами нашего внимания, как переключаемость, устойчивость и объем. Нам тяжело обращать внимание сразу на большое количество объектов в единицу времени.

Похожие эксперименты в 1970-х проводил еще Ульрик Найссер – один из столпов когнитивной психологии. Только в его экспериментах появлялась девушка с зонтиком, а не горилла. Наблюдая за реакцией испытуемых, он пришел к выводу, что, если человек уже загружен какой-то задачей, дополнительный стимул (девушка с зонтиком) не считывается. Это явление назвали «слепота по невниманию».

Дэниел Саймонс пошел в своих экспериментах дальше. Он всячески их модифицировал. В одном из вариантов он даже предупреждал участников о том, что в игре появится горилла, а затем во время игры менял цвет занавеса, на фоне которого происходили действия. И что получалось в итоге? Испытуемые не замечали изменения цвета занавеса! И этот феномен уже назвали «слепота к изменению». Всем известная игра «Найди 10 отличий» основана именно на этом феномене: человек просто не замечает изменений, его внимание фокусируется на сходстве. Эти же свойства нашего внимания используют фокусники. В 2000-х годах даже был придуман специальный термин – «нейромагия».

Шло время, но психологи так и не могли объяснить, почему мозг обрабатывает информацию именно так и откуда вообще берутся подобные казусы восприятия. Был даже сформулирован короткий вопрос: мы смотрим не туда или мы смотрим не на то? В теории было понятно, что объем нашего внимания ограничен злосчастной формулой «5 ± 2», то есть мы можем удерживать не более семи объектов в единицу времени. На самом деле даже пять – уже много. Но все-таки механизм внутри мозга долго оставался непонятен.

Лишь благодаря методам фМРТ удалось разобраться в вопросе. Мы с вами уже знаем, что в мозге есть специальные зоны, анализирующие информацию о человеческих лицах. Также в парагиппокампальной извилине есть зона, распознающая изображения жилищ человека. Нейрофизиологи предположили, что, когда мозг не замечает изменения объекта (например, лица), в соответствующей области не должно быть изменения активности. Однако обнаружилась необычная закономерность. Ответы мозга в случаях, когда мы замечаем и не замечаем изменения, отличались не в специализированных областях (зона лиц, зона жилищ), а в структурах, связанных с неосознаваемой обработкой информации о местоположении объекта. Получается забавный парадокс: для того чтобы мы смогли осознать изменения, необходима работа системы неосознаваемого восприятия местоположения объектов.

Так возникает ошибка восприятия (слепота к изменению) из-за того, что мы смотрим не туда и не замечаем, что меняется в изображении на периферии нашего зрения. Но на самом деле, как мы увидим дальше, в этом парадоксе нет ничего удивительного, если разобраться в том, как устроено внимание.

Стоит отметить, что есть и другая распространенная ошибка восприятия – слепота к повторению. Мы не замечаем чего-то повторяющегося, если оно рядом. Причем не только в пространстве, но и во времени. К примеру, нам легко пропустить повторы слов (особенно коротких) в машинописных текстах. Поэтому так удобно, когда программы редактирования старательно подчеркивают нам волнистой линией повторяющиеся слова. Подчеркивание делает объект другим. Аналогична ситуация с однотипными объектами в реальности. Вы мельком увидели малознакомую красную машину на заднем дворе, отвернулись, а на ее место уже подъехала другая, но очень похожая на предыдущую красная машина. Когда вы повернетесь, с огромной вероятностью ваш мозг посчитает, что вы видите ту же самую машину. Вы стали жертвой ошибки восприятия. По всей видимости, если объект очень похож на другой, мы кодируем его туда же, где уже есть отображение предыдущего. Существует гипотеза, что 99 % информации, которую мы воспринимаем, мозг вообще отбросит. Ему важны изменения. Чтобы понять, как это происходит, давайте рассмотрим пример со сжатием видеопотока в компьютерных технологиях.

Когда профессиональная кинокамера снимает видео, она производит серию последовательных условных фотоснимков (кадров). Если камера снимает говорящего человека за столом, она будет делать как минимум 24 кадра в секунду, записывая изображение целиком на каждом из них. Но есть программы, сжимающие видео. Нам на компьютере или смартфоне совсем не обязательно видео уровня кинотеатра.

Программы «переделывают» видеопоток так, что записывается информация не о каждом кадре целиком, а лишь о произошедших изменениях. К примеру, человек сидит за столом все время в одной и той же позе, но у него шевелятся губы. И вот только шевеление губ программа и будет кодировать, а всю остальную информацию она как бы перетащит из предыдущего кадра. Нечто похожее осуществляет и наш мозг. Он так же реагирует на изменения, потому что ему нет смысла перерабатывать заново одни и те же картинки.

Вы можете взять любую картину или фотографию, посмотреть на нее в течение минуты, а затем отложить и попытаться воспроизвести хотя бы общую композицию. Поверьте, если вы не профессиональный художник (да даже если и он), вряд ли вы нарисуете все точь-в-точь как в оригинале. Мозг не кодирует информацию по пикселям, как компьютер. Об этом мы еще поговорим чуть позже.

Итак, наше внимание обладает удивительными свойствами, связанными с особенностями физиологии восприятия. Но даже несмотря на его уязвимые места, оно является незаменимым инструментом для решения самых разнообразных задач. Именно внимание позволяет нам не распыляться, фокусироваться на самом нужном, собирать действительно важную информацию и отфильтровывать информационный шум.

Не многовато ли задач для одной функции мозга? Что такое внимание?

10 % против невнимательности

Как писал невероятно популярный в свое время психолог и философ Уильям Джеймс:

Каждый знает, что такое внимание. Это «овладение» умом в четкой и яркой форме одним (одной) из нескольких одновременно наличествующих объектов (мыслей).

Любого современного ученого такое определение ставит в тупик. Потому что нередко, когда мы говорим, будто что-то знает каждый, в сущности получается, что никто про это ничего не знает. И с вниманием именно такая ситуация. Ряд исследователей вообще не считает внимание самостоятельной функцией мозга. А кто-то рассматривает его в контексте комплексной работы других систем.

Но Уильям Джеймс постарался дать определение исходя из имевшихся у него на то время представлений. Кстати, Джеймс однажды имел неосторожность сказать, что люди используют лишь малую часть талантов, данных им от природы. После того как он озвучил эту мысль, журналисты подхватили его слова и ринулись пересказывать, временами совершенно искажая изначальный смысл. Так со временем в журналах появились броские заголовки из разряда «Мозг человека не задействован полностью», «Мозг работает всего на 5 %» и так далее.

Джеймс долго пытался откреститься от репутации человека, заявившего, что надо развивать мозг, потому что мы, видите ли, не знаем, как заставить его работать на полную катушку. Сегодня мы с вами понимаем, что в мозге нет ничего лишнего и он не может в единицу времени задействовать все свои ресурсы. Во-первых, у него попросту не хватит топлива. Во-вторых, мозг за длительную эволюционную историю научился перераспределять ресурсы и оптимизировать работу. Вы уже могли убедиться в этом, знакомясь с различными сетями внутри мозга. Еще ни разу во время проведения МРТ исследователи не видели, чтобы все области мозга были одинаково задействованы в режиме интенсивной активности. Это попросту физиологически невозможно.

Вот представьте, что у вас четыре литра крови, которая как-то распределена по сосудам. Кровь перетекает из одних сосудов в другие, она приходит в сердце (в разные его камеры), потом идет в легкие, оттуда в мозг и к другим органам. Камеры сердца в норме никогда не бывают одинаково наполненными. А теперь представьте, что мы захотим все сосуды наполнить кровью в равной степени, – нам понадобится еще литра два крови, а может, и все три! Но у организма есть столько, сколько есть. Потому что организм понимает, что и сердцу надо давать отдохнуть. Сердце у нас напряжено примерно столько, сколько и расслаблено. Оно не может постоянно быть в напряжении. И то напрягается (сжимается), то расслабляется.

Ни одна система организма не работает с одинаковой интенсивностью постоянно. Всегда есть точки расслабления. То же самое с нейронами: они не могут выдавать импульсы бесконечно долго – они физиологически истощатся. У них закончится запас ресурсов, а заряженным ионам (которые создают напряжение) нужно успевать вернуться на свои места. Именно поэтому все разговоры о том, что можно ускорить работу мозга в 10–20 раз, просто бессмысленны. Ведь вы же не собираетесь заставить ваше сердце биться со скоростью 1500–2000 раз в минуту. Но знаете – кто-то пытался! И дело обычно заканчивалось летальным исходом. Короче говоря, с мозгом тоже шутить не стоит. Важно подходить к нему грамотно.

Поэтому обычно мы говорим об оптимизации работы. Можно высвободить дополнительный ресурс из уже имеющихся, создать условия для оптимальной и, как правило, более продуктивной работы мозга. Об этом мы еще поговорим далее. А Уильям Джеймс имел в виду, что человек обладает рядом склонностей от рождения, но не все из них реализует. Иногда из-за того, что просто не обращает на них внимания либо недооценивает их значимость. Вот, собственно, и все, ни о каких пяти или десяти процентах речи и не шло.

На самом деле история изучения внимания достаточно печальна.

В 1925 году на международном психологическом конгрессе в Йене психолог Эдгар Рубин заявил, что понятия «внимание» в психической деятельности человека не существует. Мы неспроста начали разговор с проблем восприятия, когда говорили о таких феноменах, как слепота по невниманию. Именно восприятие изначально и пытались отождествить с вниманием. А Рубин пошел дальше и счел внимание частью восприятия и других психических функций. Он как бы растворил само понятие в психике. Кстати, именно ему принадлежит авторство известного экспериментального изображения, на котором мы попеременно можем видеть либо вазу, либо профили двух лиц.

Рис. 45. Иллюзия восприятия «Ваза Рубина»

Эдгар Рубин был чрезвычайно влиятельным исследователем, поэтому его идею поддержали. В результате многие лаборатории мира отказались от серьезных исследований внимания как такового вплоть до конца 1960-х годов. Вдумайтесь: несколько десятилетий мы вообще толком не изучали внимание.

Поэтому в последние полвека исследователям пришлось нагонять упущенное.

Интересно, что современные взгляды на то, как устроено внимание, базируются на фундаментальных работах И. П. Павлова. Да, именно на пресловутом рефлексе «что такое?» (ориентировочной реакции). По-этому мы о нем так подробно говорили в первой части книги.

Рефлекс «что такое?» на страже наших отношений

Павлов объяснил наличие этого рефлекса тем, что нашим предкам постоянно нужно было быть в состоянии готовности. Более того, рефлекс еще и подталкивал к поисковому поведению. Базисом нашего внимания (в том числе и мотивации что-то внимательно разглядывать и изучать) стала ориентировочная реакция наших предков.

Мы с вами уже выяснили, что основа сложного мышления (в том числе абстрактного) – дефолт-система мозга, придуманная эволюцией, чтобы обрабатывать социальные взаимодействия внутри стаи, но впоследствии приспособленная нами для мышления. А вот внимание – это изначальный рефлекс: сходи посмотри – может, там еда какая. Или: беги – может, там хищный зверь.

Получается, что внимание не задумывалось природой для изучения сложных объектов (чертежей, графиков, последовательностей сложных слов на иностранном языке и так далее). Потому мы в современном мире и навешиваем ярлыки на людей, с которыми приходится иметь дело. Почему так происходит?

С одной стороны, нам нужно быстро среагировать на раздражитель. У такого поведения есть эволюционный смысл – защита от хищников. Предкам нужно было быстро обнаруживать врага. Но хищников перед нами уже нет, а мозг все равно использует этот механизм. Таким образом мозг также снимает тревогу, вызванную неопределенностью. Вот этот человек – хороший, а этот – плохой.

С другой стороны, с помощью ярлыков мозг еще и экономит энергию. Зачем вам ломать голову, долго разбираясь в человеке, если вы можете по своим особым (и часто необъяснимым!) критериям сразу причислить его к какой-то категории. Согласитесь, такой подход нам очень мешает. Навесив ярлык, мы лишаемся возможности посмотреть на человека по-другому. Это серьезно вредит нашей коммуникации – и в личных отношениях, и в работе.

Мозг стопорит нас и заставляет в каком-то смысле лениться. Он пытается все упростить, разложить по полкам, успокоиться и забыть. Поэтому бывает невероятно тяжело заставить себя посмотреть на тот же объект под другим углом, то есть подключить ресурсы внимания. А теперь вспомните, что мозг отключает восприятие повторяющихся объектов.

Кстати, вы, наверное, уже догадались, что механизм реагирования на объект основан в том числе на той же концепции Соколова, сформулировавшего идею нейронной модели стимула. Мозг создал нейронную модель. Закодировал сигнал. И если этот сигнал уже отработан или не принес должного результата (в кустах не оказалось ни хищника, ни еды, а просто ветер шевелил ветки), то и нет смысла реагировать дважды.

Из-за этого мы мыслим стандартно и не замечаем каких-то новых подходов в общении с людьми и решении задач. А зачем – ведь в кустах вроде ничего интересного нет! Мы ограничиваем поступление новой информации – нам все кажется ясным и понятным. Из-за этого люди часто теряют интерес к работе и перестают расти в профессиональном плане. Кстати, стремление делать все по одному шаблону (динамическая стереотипия), как вы понимаете, тоже проистекает из принципа экономии энергии.

Рис. 46. Схема основных путей дофамина

Но ведь это мешает нам не только в работе, но и в отношениях.

К примеру, одна из составляющих крепких и здоровых отношений – это совместные планы на жизнь.

Почему? Опять же потому, что мы ленимся строить новые планы. Нужно же изобретать что-то новое, договариваться и ломать свою динамическую стереотипию. А мы этого очень не хотим. Поэтому важно помнить, что при вступлении в новые отношения нужно быть готовым что-то менять. Придется со своей динамической стереотипией расправляться.

Вы уже поняли, почему мозг пытается все объяснить и упростить? Потому что ему некомфортно в состоянии неопределенности и он не хочет блуждать по лабиринту. Тут навесил ярлык, там сделал по шаблону – и все нормально. Но в действительности только неопределенность дает какой-то стимул. Раньше было модно говорить на тренингах личностного роста: выйди из зоны комфорта. А что это за зона, никто толком не понимал. Сейчас становится ясно, о чем идет речь. Наша задача – всегда быть в подвешенном состоянии, постоянно ставить новые цели, не закрывать гештальт[2], предлагать себе другие точки сборки. И задавать вопросы себе и другим.

Великая сила дофамина

Мы уже рассмотрели нейронный механизм внимания. Несколько слов о физиологии. Там, где появляется набившая оскомину мотивация, мы всегда говорим о дофамине. Дофаминовая система сама по себе довольно обширна. Взгляните на схему (рис. 46).

Клетки, вырабатывающие дофамин, находятся в среднем мозге. Там же, как вы помните, находится центр, ответственный за сужение и расширение зрачка. Еще в среднем мозге размещаются центры, обеспечивающие содружественное движение глаз. Без них при повороте головы один глаз мог бы смотреть вправо, а другой, к примеру, влево и вниз. Но эти центры координируют работу мышц так, чтобы наш взгляд был направлен в конкретную сторону (это часть механизма, обеспечивающего ориентировочную реакцию). Это все – первый этаж мозга. Здесь же находится ретикулярная формация, она обеспечивает базовый уровень внимания. В общем-то, работа ретикулярной формации – основа непроизвольного внимания. Это как раз стук за дверью, шорох в кустах. То есть наше внимание как бы обращают на что-то помимо нашей воли, непроизвольно.

Ретикулярная формация в целом обеспечивает энергетику, она пронизывает средний мозг (и не только), а центры среднего мозга уже обеспечивают непроизвольное внимание. Здесь же дофаминовые нейроны, которые направляют свои отростки в стриатум. И мы с вами помним, что от активности этих нейронов (и от количества дофамина, вырабатываемого в черной субстанции) зависит отношение к двигательной активности. Это к вопросу о «любителях диванов» и живчиках, что весь день на ногах.

На схеме вы видите, что дофаминовая система пронизывает еще и структуры коры, в том числе лобные доли. А это значит, что нейроны дофаминовой системы связаны и с целеполаганием. Именно так обеспечивается наше произвольное внимание. Оно всегда связано с мотивацией, то есть с пониманием, какую потребность мы будем удовлетворять. Захотели поесть – начинаем искать глазами еду. Нужно выбраться из малознакомого района – ищем карту или тычем пальцем в навигатор. Это во многом обеспечивает именно дофамин. К сожалению, в современном мире многие люди используют дофаминовую систему неадекватно.

Недавние исследования показали, что во время развития зависимости от гаджетов и компьютеров страдает работа дофаминовой системы поощрения мозга. Сама по себе игра на компьютере или смартфоне построена так, чтобы непрерывно активировать эту систему, заставляя человека находиться в постоянном ожидании удовольствия. Более того, оказалось, что изменения в системе поощрения, которые при этом возникают, ничем не отличаются от изменений при других видах зависимости (алкогольной, наркотической).

Главным веществом системы поощрения выступает дофамин. Он отвечает за ожидание награды (заработной платы, выигрыша в лотерею). Дофамин вырабатывается, например, во время игры, когда зависимый ребенок ждет, что вот-вот получит заветный приз или перейдет на новый уроголовной мозг привыкает к искусственному повышению количества дофамина в организме, что провоцирует уменьшение выработки гормона и снижение чувствительности определенных рецепторов. В результате для достижения прежнего уровня удовольствия ребенку приходится увеличивать количество времени, которое он проводит за компьютером (в попытке подняться на более высокий уровень игры). Так и развивается зависимость, которая приводит к проблемам с химическими процессами в головном мозге. Разумеется, у взрослых все происходит точно так же.

Как вы понимаете, когда в патологический процесс вовлечено такое обширное количество структур, страдают и дефолт-система (мышление), и сеть выявления значимости (концентрация на задаче), и центральная исполнительская сеть (обработка получаемой информации). От одного-двух часов игр в неделю зависимость, конечно, не возникнет. Если же играть регулярно, скажем, три часа в день и более, вполне вероятно, что потребность в дополнительной стимуляции образами из игр превратится в зависимость. Вероятно, не последнюю роль в формировании зависимости играют наследственные факторы и индивидуальные психологические особенности человека. С другой стороны, регулярное использование гаджетов так или иначе психологически воздействует на любого здорового человека.

В недавних исследованиях было доказано, что наличие смартфона само по себе затрагивает умственные ресурсы, тем самым лишая нас возможности решать другие задачи. Эту концепцию авторы назвали «утечка мозгов».

Причем даже если у человека хорошие показатели устойчивости внимания, само по себе желание проверить смартфон уже затрачивает ресурсы и снижает производительность мозга! Вдумайтесь!

Просто лежащий рядом с вами на столе мобильный телефон ухудшает ваше внимание. Как пишут сами авторы исследования, телефон создает ощущение, что в данный момент его владелец оторван от социальной жизни, связанной с телефоном. Обратите внимание, что человек не копается в телефоне, – устройство лишь находится в его поле зрения. И уже это «съедает» ресурсы мозга!

Другие бронебойные молекулы внимания

Давайте, чтобы не путаться в многообразии систем мозга, еще раз расставим все точки над i. Системы мозга можно делить анатомически. И это мы с вами увидели на примере ДСМ, в которую входят конкретные структуры (области мозга). Такое же анатомическое деление мы видим в структуре лимбической (эмоциональной) системы. Также можно делить системы мозга по типу химического вещества. И об этом мы тоже уже поговорили в первой части книги, когда обсуждали нейромедиаторы. В целом та или иная химическая система, работающая на определенном нейромедиаторе, может входить в состав какой-то из сетей (ДСМ, СВЗ и так далее). И гетерохимическая теория поясняет, что так сделано для того, чтобы одномоментно распространять сигнал по всей сети через конкретный нейромедиатор. Поэтому важно понимать, что раз в обеспечение внимания вовлечено много структур, то и медиаторов будет работать несколько.

На внимание влияет не только дофамин. Некоторый оптимальный тонус работы нервной системы задает серотонин. Нормальное функционирование серотониновой системы обеспечивает здоровый сон, что немаловажно для обучения. В экспериментах на животных показано, что этот нейромедиатор участвует в процессах регуляции внимания и способности к обучению. Серотониновая система очень разветвленная, в мозге много областей, где можно встретить серотониновые нейроны. Поэтому ее функции разнообразны. Другой нейромедиатор – норадреналин – помогает нам управлять вниманием в стрессовых ситуациях. Считается, что он способствуют быстрому переключению внимания в сложных условиях.

Нам уже известно, что далеко не последнюю функцию в регуляции внимания играет самый первый из открытых нейрофизиологами медиатор – ацетилхолин. Клетки, синтезирующие ацетилхолин, находятся в тегментальных ядрах, являющихся производными ретикулярной формации. То есть она мало того что аккумулирует медиаторы, так еще и поставляет их.

Отростки ацетилхолиновых нейронов направляются в гиппокамп (он переводит память из краткосрочной формы в долгосрочное хранилище). Доказано, что, стимулируя ацетилхолиновые рецепторы, можно влиять на когнитивные процессы, например на выстраивание временно́й последовательности событий. Ацетихолиновые рецепторы находят и в лобных долях. Как вы помните, отростки клеток доходят туда из глубинных структур первого этажа мозга.

Важно сказать, что внутри ацетихолиновой системы есть рецепторы, чувствительные к никотину. И воздействие на них также увеличивает активность системы.

Сигарета улучшает внимание?

В середине 1990-х выяснилось несколько важных для многих курильщиков фактов. Во-первых, в ряде исследований в США было установлено, что огромное число заядлых курильщиков страдают психическими заболеваниями. Причем среди этих заболеваний преобладает шизофрения (около 70 %). Сегодня уже доказано, что у людей с шизофреническими расстройствами нарушаются процессы обработки информации.

Также многие данные исследований указывали на то, что у некоторых психически здоровых курильщиков могут быть нарушены процессы фильтрации информации, а курение табака вызывает у них улучшение внимания. Любопытно, не правда ли?

Ряд исследований показал, что курение улучшает скорость обработки мозгом информации. Казалось бы – вот и ответ от всех бед! Кури себе сигареты или трубку (что там кому больше нравится) – и будешь внимателен и сконцентрирован. Надо сказать, что немало дискуссий велось на эту тему как в западных университетах, так и в российских, например в СПбГУ.

Но ученый народ решил разобраться в проблеме детальнее. О курении было известно и еще кое-что: серьезная никотиновая зависимость вызывает ухудшение когнитивных способностей. На помощь физиологам подоспели генетики. Они обнаружили определенные вариации генов, которые повышают у человека склонность к алкоголизму и никотиновой зависимости.

Выяснилось, что у заядлых курильщиков значительно чаще встречается форма фермента катехол-О-метилтрансферазы, чуть более активная, чем другие его формы. Сам этот фермент участвует в распаде дофамина, адреналина и других схожих веществ. А поскольку форма этого фермента чрезмерно активна, у данной группы курильщиков хронически понижен уровень дофамина. А это, во-первых, сразу сказывается на внимании, а во-вторых, влияет на формирование никотиновой зависимости.

В 2008 году исследователи с кафедры психиатрии Университета Пенсильвании (Филадельфия) продемонстрировали, что при отказе от курения способность концентрироваться падает и объем кратковременной памяти заметно сокращается. Это повышает вероятность, что человек, бросивший курить, вскоре опять потянется к сигаретам, чтобы избавиться от когнитивного дискомфорта. Важно отметить, что курильщикам внутренне действительно очень неспокойно. Это весьма неприятные ощущения, которые приводят к увеличению психического напряжения. Возможно, помимо классической наркотической зависимости (а природа курения именно такова), эти механизмы объясняют нервозность курильщиков в ситуациях, когда под рукой нет сигареты или табака.

В ходе тех же исследований 2008 года выяснилось, что после 14-часового воздержания от курения только экспериментальная группа с генотипом, кодирующим более активный фермент, хуже справлялась с тестами как на внимание, так и на краткосрочную память. Более того, у этой же группы курильщиков был зафиксирован значительно более низкий уровень дофамина, который увеличивался после выкуривания сигареты.

Так стало понятно, что есть огромная группа курильщиков, которым не помогут классические никотиновые пластыри, потому что у них нарушения не в ацетилхолиновой системе, а в дофаминовой. Но и сигареты вряд ли могут быть здесь решением проблемы. В настоящий момент разрабатываются блокаторы катехол-O-метилтрансферазы. Например, уже давно доказано, что препарат «Толкапон» снижает активность фермента и улучшает когнитивные способности, влияя на концентрацию и кратковременную память. Этот же препарат применяют при лечении болезни Паркинсона.

Вообще, внимание обеспечивается огромным количеством структур всех этажей мозга. Как вы понимаете, задействуются и все структуры анализаторов (в зрительной системе это глаза, оптический нерв, таламус, структуры среднего мозга, зрительные поля коры), и гиппокамп, и кора мозга.

Мы не будем подробно разбирать все звенья этой сложной системы. Предлагаю лишь взглянуть на схему зрительного внимания (рис. 47).

Рис. 47. Схема нейрофизиологических путей, обеспечивающих процессы зрительного внимания

На этой схеме мы видим структуры первого этажа (средний мозг, таламус) и области коры. Важно добавить, что рабочая память обеспечивается префронтальными отделами коры. О них мы уже говорили чуть выше. И именно префронтальные отделы вместе с задними теменными отделами являются направляющей силой, обеспечивающей сознательное удержание внимания на каком-то визуальном объекте. Без них мы не заставим себя долго концентрироваться на чем-то. Вспомните, что происходит с пациентами с нарушениями лобных долей (полевое внимание).

Как вы понимаете, когда в системе столько элементов, она становится довольно-таки хрупкой и уязвимой. Вот почему так часто мы встречаемся с нарушениями внимания не только у детей, но и у взрослых. Это и просто задержки в развитии, сопровождающиеся нарушениями внимания, и СДВГ, и ряд других заболеваний. К примеру, СДВГ обусловлен мутациями генов SNAP25, DAT1, DRD1, DRD2, DRD3, DRD4, DRD5, COMT. Было доказано, что некорректная работа гена SNAP25 может влиять на внимание, а также провоцировать нарушения двигательной активности, вызывая гиперактивность.

Интерес → постпроизвольное внимание

Мы рассмотрели различные химические системы, узнали, что непроизвольное внимание находится преимущественно в структурах среднего мозга, также увидели, что в обеспечении внимания участвуют амигдала, таламус, гиппокамп, структуры лобных долей (префронтальная кора). Непроизвольные формы внимания, а также активизация мозга осуществляются за счет возбуждающих влияний ретикулярной формации. Восходящие активирующие пути ретикулярной формации вызывают электрические колебания в коре головного мозга, повышают подвижность нервных процессов (тормозят одни участки и возбуждают работу других). Также в процессе активного поддержания внимания (и целенаправленных, мотивированных определенной потребностью действий) участвуют структуры лимбической системы. Потому что невозможно обеспечить должный уровень внимания (как и весь процесс обучения) без создания соответствующей мотивации.

Вероятно, некоторые из вас замечали интересный феномен: мы берем какую-то книгу, из нее вылетела закладка (или ее там и не было вовсе), а книга будто бы открывается там, где нам нужно. Мы смотрим и удивляемся: вот совпадение, книга открылась в нужном месте. Тут есть несколько объяснений.

Одно связано с когнитивным искажением приписывать случайному совпадению излишнюю значимость. То есть мы в большей степени заостряем внимание на чем-то, что совпало с нашими ожиданиями, и стремимся найти закономерность. Этим же объясняются ситуации, когда люди ищут подтверждение своей теории (к примеру, существования паранормальных явлений) только в тех моментах, которые ее будто бы поддерживают. Например, вы верите, что гадальные карты говорят правду, и мозг выискивает те ситуации, когда обнаруживались совпадения.

Но если вернуться к книге, случайно открывшейся нужным нам образом, здесь есть два момента. Во-первых, как правило, речь идет о книге, которую вы уже читали или пролистывали. И вполне вероятно, что на этой странице вы задерживались (она может быть лучше разглажена, чем остальные). А во-вторых, сработал эффект постпроизвольного внимания.

Мы уже знаем, что существует непроизвольное внимание (вас отвлекли) и произвольное. Во втором случае вы сами себя заставляете на что-то смотреть или боитесь, что накажут, если не будете внимательны (вспомните школу). Как правило, произвольное внимание связано с внешней мотивацией, когда вас заставляет действовать какой-то внешний стимул (например, нависший над вами строгий учитель). Но есть особая форма внимания – постпроизвольная.

Это такое внимание, которое определяется вашей внутренней мотивацией, то есть когда вы действительно заинтересованы. И если это тот случай, то книгу ваш мозг уже встроил в свою внутреннюю карту. Поэтому вы бессознательно можете открывать ее на нужной мозгу странице. Мозг запоминает гораздо больше, чем нам кажется. Особенно когда есть внутренняя мотивация. О том, как это используется в маркетинге и принятии решений, мы еще отдельно поговорим в третьей части.

То есть в состоянии постпроизвольного внимания деятельность настолько захватывает человека, что ему не требуется значимых ресурсов для поддержания концентрации. Иногда старшеклассники ходят на дни открытых дверей от одного вуза к другому и все не могут выбрать, куда поступать. Единственный способ узнать, чем человек действительно хотел бы заниматься, – обнаружить формы деятельности, при выполнении которых у него возникает постпроизвольное внимание.

Вот начали вы что-то делать и тут же бросили. Потом еще за что-то взялись, позанимались, отошли, переключились, потом вернулись ненадолго, снова отошли. Это явно не ваш вариант. А бывает, что сядете за какое-то занятие – и час прошел, и два, и три, и забыли поесть, а потом снова забыли поесть, и уже ночь надвигается… Произошло смещение мотивации, вы забыли даже о жизненно необходимых потребностях. Почему? Потому что возник интерес.

Интерес можно вырабатывать и искусственно. У мозга есть свойство накапливать некоторый пул фактов, прежде чем формировать модель представлений о чем-то. Так вот, даже если сначала дело неинтересно, со временем, по ходу накопления фактов (и при обязательном подкреплении в виде успешного выполнения задач), будет возникать интерес. Тут работает еще один парадокс: интерес, к сожалению, невозможен без динамической стереотипии. Потому что интерес, как вы увидели, основан уже на чем-то, что нам понятно (сформированы сети распознавания этого).

Согласитесь, трудно заинтересоваться сутью мыслей китайских философов, если прочесть их в оригинале в виде иероглифов. Мозг (если вы, конечно, не первоклассный лингвист-востоковед) сразу же потеряет интерес. У него нет сетей предуготовленного реагирования на получаемые стимулы, то есть набора динамических стереотипов (выдающих ответы на тот или иной иероглиф).

Вот такая замкнутая история внутри нашего мозга. Но если вам интересна философия и вы находите ключ к разгадке иероглифов, сам процесс расшифровки текста со временем может стать вам даже интереснее, чем запрятанные в этом тексте мысли.

Таким образом, интерес – штука управляемая. Главное – начать, а затем два пути. Если совсем не идет, занятие явно не для вас. Если хоть немного собирается картинка, может и до интереса дойти – а там и постпроизвольное внимание не за горами. А оно выгодно мозгу тем, что экономит значительные ресурсы.

Два великих тракта внимания, или Задняя и передняя системы внимания

Ранее мы выяснили, что есть область, ответственная за восприятие лиц. Это кусочек коры мозга называют веретенообразной извилиной. В исследованиях 2012 года обнаружилось: если стимулировать эту область электрическим током небольшой силы, происходит искажение воспринимаемого лица. Испытуемые заявляли, что лица других людей менялись до неузнаваемости. Например, один подопытный сообщил экспериментатору: «Вас теперь настолько не узнать, будто вы превратились в кого-то другого». Как вообще мозг распознает лицо?

Чтобы мозг совершил эту на самом деле непростую операцию, ему необходимо опознать лицо как объект в физическом мире и затем ассоциировать уникальные черты (губы, форма носа, изгиб бровей и так далее) с определенным человеком в «картотеке» памяти.

Как вы наверняка догадываетесь, даже простое распознавание объекта требует задействования и таламуса (куда изначально будет стекаться информация), и первичных зрительных областей коры, и ассоциативных областей. Уже весьма интересная задача.

На самом деле есть еще несколько деталей, о которых уместно сейчас рассказать. После попадания в зрительную кору у информации есть несколько дальнейших путей.

Сигналы, которые отправляются по вентральному тракту (лат. ventros – «живот») в височную долю, определяют, что именно мы видим, то есть категорию объекта. Эти сигналы собирают в мозге из линий-граней, оттенков и теней образ древнеегипетской пирамиды или собачки в ошейнике. Этот путь на жаргоне физиологов называется путь «ЧТО».

А вот чтобы мы смогли составить картину расположения объектов в пространстве, информация от зрительной коры идет в заднюю теменную долю. Этот путь называется дорсальным (лат. dorsale – «спинной»; он идет по спине мозга, если хотите). На том же жаргоне физиологов это путь «ГДЕ». Детальнее оба тракта можно рассмотреть на рис. 48.

Как вы догадались, когда нам нужно распознать чье-то лицо, мы имеем дело с работой тракта «ЧТО». Скажу о нем еще несколько слов. В затылочной области (в зрительной коре) нейроны анализируют и объединяют линии, тени, формы, цвета видимых нами объектов. Есть по ходу этого тракта и узкоспециализированные области. Об одной из них мы уже упоминали – это парагиппокампальная извилина. Она отвечает намного активнее, если вы смотрите на жилища (дома, замки, дворцы).

Рис. 48. Дорсальная (верхняя стрелка) и вентральная (нижняя стрелка) системы внимания (по данным Fox et al., 2006)

Есть и другие области, связанные с распознаванием местностей (и домов на них). Они объединены в сети. Как такие объединения происходят, мы уже рассмотрели на примере ДСМ.

Отдельные области, ответственные за распознавание лиц, также объединяются в сеть. К примеру, в затылочной доле обнаружены области, которые предположительно анализируют и сопоставляют уникальные черты лиц (разрез глаз, форму рта и так далее). Это как бы зона распознавания лиц низшего порядка. И она будет одной из первых по ходу тракта «ЧТО». Далее идет еще ряд зон распознавания лиц в других областях коры мозга. И когда тракт достигает веретенообразной извилины, там уже происходит конечная целенаправленная сборка лица: нос встает на свое законное место, рот занимает пространство над подбородком и так далее. Это как бы конечная зона распознавания лиц.

Чуть дальше по ходу тракта есть область в верхней височной борозде, где, предположительно, происходит распознавание эмоций, видимых на лице собеседника. И, наконец, завершает тракт (по версии ряда ученых) область в передней части височной доли, у которой еще толком и названия нет. Предполагают, что эта зона помогает связать наши представления об идентичности конкретного человека с особенностями его лица. Так мы понимаем, что девочка с большими глазами и синими волосами – Мальвина, а мальчик с длинным тонким носом – Буратино.

Вентральный тракт («ЧТО») участвует в распознавании не только лиц, но и других объектов.

Что касается дорсального тракта («ГДЕ»), внутри него также выделяют специфические области. Этот тракт затрагивает зоны задней теменной области. Считается, что там восприятие (вижу собачку) и фокус внимания (мне уже известно, что она есть и даже может цапнуть) объединяются в единый пласт анализа. Как бы сопрягаются два процесса работы. И здесь на одном нейроне теменной области сходится информация от тысяч других клеток.

Такой нейрон может как бы видеть (анализировать) треть стадиона или даже половину поляны, где бегает собачка. В ходе экспериментов доказано, что многие нейроны теменной области активируются в момент, когда в поле наблюдаемого пространства появляется нечто интересное.

Благодаря изучению людей с синдромом Балинта стало понятно, что теменная кора – одно из ключевых звеньев, обеспечивающих определенный объем удерживаемых в поле внимания предметов в единицу времени. У таких пациентов сильно нарушены функции теменной коры, и они физиологически не способны удерживать в фокусе внимания более одного предмета. К примеру, если такому человеку показывать карандаш, а рядом положить блокнот, ничего кроме первого он замечать не сможет. Если убрать карандаш, а в центр стола подвинуть блокнот, он уже сможет его различить. Более того, в неоднородной среде такие пациенты не в состоянии сфокусировать взор на нужном предмете. Они практически не способны дотянуться до карандаша и забрать его из рук экспериментатора.

Раз уж мы заговорили о дорсальной системе внимания («ГДЕ»), давайте выполним небольшое, но очень полезное упражнение. Устройтесь на стуле поудобнее, закройте глаза и начните считать в уме от 1 до 10. В прямом и обратном порядке. Но каждый раз, считая, попробуйте представлять образ цифры очень четко и ярко. И по мере вашего счета в уме каждая предыдущая цифра должна исчезать. Будто вы пишете цифры мелом на доске, а затем стираете.

Ну что – глаза немного отдохнули?

Важно также, что внимание тесно связано с памятью. Давайте теперь скажем несколько слов о ней.

Память

Когда мы говорим о памяти сегодня, в свете особенностей современного цифрового мира нам важнее не то, сколько мы запомним и сохраним, а как быстро отыщем то, что нужно. Нам необходимо извлечь информацию прямо сейчас, более того – конкретную, самую нужную и уместную. Раньше человек был носителем информации. Это мог быть жрец, философ, ученый, врач. К нему, как к великому оракулу, шли за знанием и трактовкой этого знания.

Современный мир устроен иначе. Роль оракула выполняет «всезнающий» интернет, трактовки нам предлагают популярные статьи, видеолекции, компьютерные анимации. Кроме профессиональных знаний (которые также можно найти в интернете), для современного человека главное – вспомнить самое значимое: где поставил автомобиль, не забыл ли покормить собаку или поздравить кого-то из родственников с днем рождения, все ли из списка купил в магазине. Обычно на забывание таких вещей мы и жалуемся.

К сожалению, нам необходимо признать тот факт, что большинство способов исследования памяти имеют мало общего с тем, как память функционирует в реальной жизни. Запоминание и воспроизведение информации в подобных экспериментах является самоцелью. Но главный ужас заключается в том, что именно экспериментатор решает, какую информацию нужно запоминать испытуемому. Кто сказал, что она ему вообще интересна? Это действительно большая проблема в науке.

Задумайтесь: в большинстве реальных жизненных ситуаций мы храним информацию и вспоминаем ее не ради самого припоминания, как нас просят в эксперименте. Мозг хранит информацию как предпосылку решения стоящей перед ним проблемы. Ему важна работа с информацией для достижения собственной цели (удовлетворения потребности). Простое воспроизведение чего-то не может являться для мозга целью как таковой.

В большинстве случаев припоминания мозг принимает решение о том, какой тип информации полезен для него в данный момент. Это принципиальная вещь, которую исследователи стали понимать не так давно. В будущем это позволит разработать более адекватные способы оценки свойств нашей памяти и помощи ей.

В нейрофизиологии выделяют генотипическую (врожденную) и фенотипическую (умственную) память.

Генотипическая память предопределяет становление безусловных рефлексов, о которых мы много говорили в прошлых главах. Также эта память отвечает за реализацию импринтинга и базовых инстинктов.

Фенотипическая память обеспечивается механизмами обработки и хранения информации, приобретаемой живым существом в процессе жизнедеятельности. А теперь важное: современная нейрофизиология считает память и обучение неотделимыми друг от друга процессами. Самое печальное, что об обоих феноменах мы знаем меньше, чем хотелось бы. Вы, возможно, удивитесь, но в науке до сих пор не существует хоть сколько-нибудь приличного определения для понятия «обучение».

Сегодня мы знаем, что обучение – это сложный комплексный процесс. С позиций физиологии обучение является результатом совпадения двух ассоциируемых раздражителей (факторов) во времени. Учитель показывает на доске цифру «5» и говорит «пять». В мозге происходит совпадение изображения и звукового эквивалента.

В некоторых случаях обучение – предшествование сигнала подкреплению. Собаку обучают команде «лежать». Если она ее правильно выполняет, то получает корм. Животному дают звуковую команду, и оно ложится – один факт; затем ему предлагают еду – второй факт. Происходит совпадение, на основе которого и разучиваются навыки, команды, усваивается новая информация.

Мы будем понимать под обучением модификацию поведения в результате полученного опыта. Как она происходит, мы увидим далее.

Просто подумайте: организму или конкретно вам нет смысла что-то разучивать, если это не влечет никаких изменений. В природе все рационально. Например, однажды вы обедали и случайно (хотя ведь неслучайно!) подавились крошкой во время разговора. В следующий раз вы либо уже не будете разговаривать за столом, либо (как минимум) станете вести себя осторожнее. Произошла модификация поведения. Если ее не случилось – значит, не случилось и обучение. Как вы догадываетесь, активнее обучение происходит у тех людей, чья память работает эффективнее, у кого она быстрее, объемнее.

Поэтому опытные кинологи сразу видят – умная перед ними собака или нет. Достаточно двух-трех поведенческих тестов (анализирующих скорость модификации поведения), и становится ясно, насколько собака в принципе обучаема.

Вот почему мы считаем процессы обучения и памяти спаянными. В совокупности с вниманием и другими когнитивными функциями они представляют собой так называемый природный интеллект. Таким образом, свойства памяти напрямую влияют на интеллектуальную функцию мозга.

Немного из истории исследований памяти

История исследований памяти так же необычна и странна, как и сам феномен хранения мозгом информации.

Первые серьезные попытки разобраться в свойствах человеческой памяти были предприняты в XIX веке такими выдающимися умами, как Жан Мартен Шарко и Теодюль Рибо.

Шарко одним из первых обратил внимание на то, что воспоминания можно перезаписывать и таким образом лечить больных истерией. И он же одним из первых заявил, что люди с истерией более подвержены гипнозу.

Шарко был поистине гениальным невропатологом. Только такой выдающийся человек мог из кухни (в буквальном смысле слова) сотворить лекторий для обсуждения самых смелых научно-исследовательских замыслов. Ведь медицинский факультет Парижского университета не предложил ему для лектория ничего, кроме старой кухни в одном из корпусов. Параллельно с этим Шарко создавал на базе полузаброшенного приюта Сальпетриера настоящий научный центр. И уже через семь лет его назвали Меккой неврологии. К Шарко стекались пациенты со всего мира. Его стали негласно называть царем врачей. Сам Зигмунд Фрейд искал встречи с ним.

Именно Шарко заставил мировое медицинское сообщество обратить пристальное внимание на работы Джеймса Паркинсона, по имени которого названа сегодня всем известная болезнь. Работы Паркинсона оставались незамеченными вплоть до его смерти. Но Шарко не позволил предать труды ученого забвению, сделав акценты на них в своих научных эссе.

Другой, не менее значимый в своей области, французский философ и педагог Теодюль Рибо заложил в европейских школах традицию широкого применения экспериментального метода в психологии. Рибо настаивал на том, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы. Благодаря этому мы смогли понять, как «выпадение» из нормальной работы тех или иных структур мозга может влиять на психику и поведение человека. Один из способов выявить природу функции какой-то структуры в системе – увидеть что происходит, когда она ломается.

Рибо писал, что при старении первыми страдают воспоминания, которые принадлежат недавней памяти. Чем глубже мы погружаемся в ранние детские воспоминания, тем более прочными они оказываются.

Важно сказать, что долгое время память вообще целенаправленно не делили на виды. Но Рибо заговорил о том, что воспоминания о разных событиях (в зависимости от степени давности) воспроизводятся по-разному.

Несомненно, проблемами памяти занимались не только во Франции, но и в других странах.

В конце XIX столетия в Германии психолог Герман Эббингауз проводил исследования человеческой памяти. Он был одним из первых, кто захотел измерить не только объем, но и долговечность памяти статистическим способом. Эббингауз раскладывал перед испытуемыми наборы карточек с записанными на них слогами. Причем эти слоги были лишены всякого смысла (например, «кас», «вит», «гет»). Затем он просил испытуемых воспроизвести увиденные слоги. Анализируя ответы, он заметил интересную закономерность. В первые минуты испытуемый был способен воспроизвести почти всю информацию наборах карточек, но за 15–20 минут объем сохраняемой информации очень быстро падал (до 30–40 %). Когда же он проверял испытуемых через недели и даже месяцы, оказывалось, что остаточная память сохранялась крайне долго. Она составляла 20 % от изначального объема.

Таким образом, стало ясно, что для долгосрочного запоминания информации ее необходимо повторять. Позднее Георг Элиас Мюллер и Альфонс Пильцекер модифицировали эксперимент, вставив второй набор информации (между предъявлением и тестированием). Например, показывали одни карточки, потом другие, после чего просили испытуемых вспомнить о первых. Они пришли к ошеломляющим выводам.

Если предъявлять второй набор очень близко к первому (через несколько секунд или минут), от первого в памяти почти ничего не остается. Если же демонстрировать его через десятки минут, информация о первом наборе не стирается.

В мозге есть активный процесс. Если вторгаться во временную зону этого активного процесса, он нарушается. Это и называется интерференцией информации. Вот почему важно разносить получаемую информацию во времени.

Поэтому, осваивая новый материал (или готовясь к экзаменам), старайтесь заучивать его так, чтобы друг за другом следовали максимально разные темы.

Если у вас есть два дня до экзамена, первое повторение – сразу по окончании чтения; второе – через 20 минут после первого; третье повторение – через 8 часов после второго; четвертое – через 24 часа после третьего. Подобная концепция проистекает из идеи о том, что забывание происходит быстрее, если новый материал никак не включается в деятельность человека. Мозг полагает, что материал неважный, и забывает его полностью или частично. Повторения по указанному выше алгоритму позволяют создать для мозга иллюзию, будто материал нужен. Интервалы подобраны с учетом приблизительной скорости работы молекулярных механизмов памяти. Первое повторение включает активность тех же нейронов, запуская в них каскад биохимических реакций. Повторение через 20 минут, вероятно, катализирует этот процесс. А повторения через 8 и 24 часа намекают мозгу на то, что информация действительно важна и надо бы с ней поработать серьезнее на молекулярном уровне.

После описанных выше исследований почти 50 лет никаких значимых подвижек в понимании этих процессов не происходило.

Нам уже известно, что нейрофизиолог Карл Лешли так и не обнаружил в мозге специализированного участка памяти. Но позднее, благодаря открытиям в медицине, на горизонте исследований действительно замаячили некоторые структуры, связанные с хранением информации.

Сегодня исследователи-физиологи выделяют особую структуру временной организации памяти. Давайте немного поговорим о ней, а потом перейдем к более существенным деталям. Рассмотрим ее работу на таком романтическом примере, как прикосновение человека, который вам симпатичен.

Допустим, есть коллега, который (которая) вам нравится. И вот однажды вы каким-то образом сталкиваетесь, и он (она) слегка касается вашей руки. Возможно, это случилось в лифте или в кафе на обеденном перерыве.

В этот момент в коже срабатывают рецепторы. Они передают сигнал в мозг.

Доли секунды прикосновение будет находиться в ведении иконической памяти. Ее еще называют перцептивной. Это своеобразный информационный след возбуждения в сенсорной системе осязания.

Что же дальше? Вот вы едете в лифте или идете из кафе. Вы прокручиваете этот момент в голове – ведь приятное было касание! И его (ее) рука словно вновь касается вас. Информация бегает по сетям вашего мозга какое-то время, пока вы не переключаетесь. Это кратковременная память.

Помните, мы говорили о нейронной модели стимула Соколова, когда обсуждали, как мы реагируем на стук в дверь?

Рабочий день закончился, и вдруг вы вновь вспоминаете то самое прикосновение. А потом на следующий день, собираясь на работу, вдруг еще раз… Потом на несколько дней или даже на неделю вы будто забываете про прикосновение. Но однажды вы вновь пересекаетесь с тем (той) же коллегой, просто взглядами. И в памяти вспыхивает, словно наяву, то же самое ощущение. В этот момент мы имеем дело уже с долговременной памятью.

Можно ли улучшить память?

На сегодняшней день остается нерешенной проблема развития (или улучшения, если хотите) памяти. Вы уже поняли, что она бывает краткосрочной и долгосрочной. Существует еще и среднесрочная – промежуточная между краткосрочной и долгосрочной. Мы не будем затрагивать великое множество самых разных классификаций, остановимся лишь еще на одном из видов. Есть такой вид памяти – обыденная. Именно ее мы задействуем в повседневной жизни. Это та самая память, которую мозг запускает, когда надо решить конкретную задачу.

Рис. 49. Схематическое изображение ключевых нейронов (чувствительный, двигательный) и органов (сифон и чернильный мешок) аплизии

К примеру, супруга пишет на листке список покупок, затем просит прочесть его и кладет в карман своему спутнику жизни. Он, как это часто бывает, по дороге из автомобиля список теряет. Приходит в супермаркет, гуляет по нему, гуляет и сначала покупает то, что вроде запомнил: «Были яйца, морковь, что-то еще… так, надо список достать». В какой-то момент он осознает, что потерял список. И начинает судорожно вспоминать его пункты, понимая, что получит выговор, если не купит того, что просила жена. И вот то, что он вспомнит из этого списка, и будет его обыденной памятью! Согласитесь, нам всем, вообще-то, полезно обладать хорошей обыденной памятью. Никто не хочет получать нагоняи из-за своей забывчивости. А теперь грустная новость: наука не знает ни одного безопасного способа улучшить эту злосчастную обыденную память. Почему?

Мы уже упоминали Нобелевского лауреата Эрика Кэндела. Он открыл клеточный механизм запоминания информации.

Кэндел выбрал в качестве объекта исследований аплизию – моллюска, которого еще называют морским зайцем. И сделал он это неспроста. Причин было две: крупные нервные элементы и относительно простое устройство нервной системы.

У аплизии аспекты памяти представляют собой простые рефлекторные дуги, состоящие из небольшого числа довольно крупных нервных клеток. Синапсы в них увидеть достаточно легко.

Для того чтобы в этом убедиться, достаточно взглянуть на рис. 49.

Во время эксперимента моллюску осторожно задевали сифон, вслед за этим моментально наносили сильный удар по хвосту. Для животного это несомненный стресс, и некоторое время оно реагирует на легкое прикосновение к сифону бурной защитной реакцией. Через небольшой промежуток времени (меньше часа) моллюск забывает. Это мы можем обозначить как кратковременную память (из нашей первой упомянутой классификации).

Но если подобную процедуру повторить несколько раз (семь, восемь и более), мы сформируем у моллюска стойкий рефлекс. Это вариант долговременной памяти.

Взгляните на рис. 50. Он позволит детальнее сориентироваться, что же происходит внутри клеток аплизии.

Рис. 50. Схема синапсов (контактов между нервными клетками) аплизии

На схеме мы видим модулирующий нейрон (получает информацию от хвоста), моторный (заставляет мышцы жабры, которая расположена рядом с чернильным мешком, работать и выбрасывать чернила) и сенсорный (или чувствительный, он получает сигнал от сифона). Для удобства мы пронумеруем синапсы.

Если в момент прикосновения к сифону модулирующий нейрон «молчит» (по хвосту не бьют), в синапсе 1 (между моторным и сенсорным) выбрасывается немного нейромедиатора. Этого количества не хватает, чтобы моторный нейрон возбуждался. Вообще, чтобы импульс прошел, нужно достаточно много медиатора (одной-двух молекул не хватит).

Однако удар по хвосту вызывает параллельный процесс – выброс нейромедиатора в синапсе 2 (между модулирующим и сенсорным). А это приводит к очень ощутимым изменениям в поведении синапса 1.

В окончании сенсорного нейрона синтезируется вещество цАМФ (циклический аденозинмонофосфат). Молекулы этого вещества активизирует регуляторный белок под названием протеинкиназа А.

Что же происходит дальше. В клетке много разнообразных систем. Многие нужны для амплификации (усиления сигнала). Скажем, одна молекула может активировать несколько больших биохимических каскадов (последовательных наборов превращений). Так вот, протеинкиназа А и является такой волшебной молекулой. Она активирует (как бы переводит в рабочую форму) ряд других белков таким образом, что синапс 1 (в ответ на прикосновение к сифону) начинает вырабатывать больше медиатора. А это в свою очередь приводит к тому, что моторный нейрон возбуждается. Это и есть кратковременная память. Пока в окончании сенсорного нейрона (в районе синапса) много активной протеинкиназы А, передача к мышцам чернильного мешка осуществляется эффективно.

Из-за синтеза протеинкиназы А происходит функциональное изменение синапса (он чуть лучше проводит импульс, но структурно пока не меняется), но его мощность невелика.

Объем кратковременной памяти сильно ограничен: у человека это менее 10 элементов. Если воздействие не повторяется, то информация о нем сохраняется в памяти всего несколько минут. Вот почему мы вспоминали в главе про внимание формулу «5 ± 2».

Если прикосновение к сифону сопровождать ударом по хвосту много раз подряд, протеинкиназы А становится очень много. Ее молекулы проникают через поры (они используются для транспорта РНК) в ядро сенсорного нейрона. В ядре активируется особый белок – транскрипционный фактор CREB. Этот белок умеет включать гены и содействовать считыванию информации с молекулы ДНК. Запускается ряд генов, которые заставляют синапс разрастаться (увеличивать свою площадь). Это показано пунктиром на схеме.

В некоторых случаях у окончания сенсорного нейрона появляются дополнительные отростки. Таким образом происходит архитектурная перестройка клетки. С этого момента даже легкое прикосновение к сифону (совсем слабое возбуждение сенсорного нейрона) сразу приводит к выбросу чернил (ответу моторного нейрона). Это и есть долговременная память.

На рис. 51 показано, как происходит перестройка синапсов во время обучения. Как мы видим, возможны и другие механизмы, например укорочение шейки шипика (синапса). Сопротивление падает, и сигнал проходит быстрее. Соответственно, сокращается и время реакции. И мы быстрее вспоминаем.

Иными словами, кратковременная память связана с образованием молекул и временными функциональными изменениями в окончаниях нейронов. А вот долговременная память возникает только в тех ситуациях, когда произошли структурные изменения в контактах между клетками. Вот почему так важно повторение ранее изученного материала. Только оно позволяет сначала накапливать много протеинкиназы А, а затем вызывать архитектурные изменения в контактах клеток. Как говорится в первой части всем известной пословицы, повторение – мать учения.

Для понимания принципиальных отличий кратковременной и долгосрочной памяти подходит следующее сравнение.

Представьте строящуюся кирпичную стену. Мы заливаем бетонирующий раствор между кирпичами. И первое время стена вроде есть, но мы легко можем ее разрушить. Потому что раствор еще жидкий. Это работа временного усиления силы синапса. А вот со временем, скажем через несколько дней, бетонирующий раствор застывает и мы получаем прочную структуру, гораздо более устойчивую к внешним воздействиям. Это уже работа белков, обеспечивающих долговременную память. Они поменяли архитектуру связей.

Рис. 51. Механизмы запоминания и повышения эффективности синапса

Вдумайтесь, Кэндел показал, что для запоминания информации достаточно всего трех нейронов!

Это просто феноменально. А теперь самое важное. Существует ряд белков, категорически необходимых для обеспечения механизмов научения и памяти.

Это белки BDNF, DC0, Leo и CaMKII и другие. Гены, управляющие синтезом этих белков, имеют такие же названия. К примеру, ген BDNF является трофическим фактором роста. О факторах роста я уже упоминал. Белки, синтезируемые под контролем этого гена, обеспечивают нормальный рост нервных окончаний. И, к сожалению или к счастью, у этого гена есть разные формы. Так, встречаются формы, повышающие риск развития болезни Альцгеймера, но встречаются и варианты, которые, наоборот, позволяют мозгу эффективно строить новые контакты. Можно сдать генетический тест и определить вашу форму гена BDNF.

Понимаете, к чему идет разговор? Кардинально поменять память можно, только если генетически модифицировать нервную систему. Но кто готов рискнуть?

Нет, это, конечно, не значит, что, если у человека определенная форма этого гена (или каких-то других), он обязательно будет иметь проблемы с памятью и обучением. Что гены могут вести себя по-разному в разных организмах, мы уже узнали на примере экспериментов с мышами, которые жили в одинаковых условиях. Но все-таки согласитесь: человек с двумя здоровыми ногами имеет ряд преимуществ перед индивидом, родившимся с одной ногой.

Тем не менее есть несколько исследований, где показано, что систематические физические упражнения (не менее 30 минут в день) существенно повышают уровень BDNF в крови. Значительную часть молекул BDNF потребляет мозг. В скелетной мускулатуре BDNF способствует окислению жиров, а также, по некоторым данным, регенерации клеток.

Результаты нескольких современных исследований свидетельствуют о том, что стресс может снижать уровень BDNF. Если эти данные подтвердятся и в других работах, вероятно, физическую нагрузку и снижение уровня стресса можно будет причислить к способам улучшения памяти и оптимизации обучения.

Как вы понимаете, это не сделает из людей Эйнштейнов, но сердечно-сосудистой системе большинства из них не повредит точно.

А теперь несколько слов о ключевых структурах, обеспечивающих нашу память.

И все-таки где же она – матушка-память?

Как мы уже выяснили, обнаружить какой-то одной области, отвечающей за память, не получается. Исходя из того, что удалось выяснить Эрику Кэнделу, контакты между клетками преобразуются в зависимости от получаемой информации. Более того, они даже способны фиксировать изменения надолго. Хранить память в связях – фундаментальное свойство практически всех нервных клеток мозга. Память как бы размазана по мозгу. Она может развиваться и как динамическая функция (во времени), и как сложная система структурных образований. Как вы понимаете, говоря о том или ином типе запоминаемой информации, я имею в виду ряд распределенных по мозгу сетей. Основываясь на данной концепции, нейрофизиологи сформулировали идею регуляторных механизмов.

Условно система регуляции памяти состоит из двух блоков: неспецифического (общемозговой) и модально-специфического (региональный).

К модально-специфическому относят структуры новой коры (кроме лобных долей). Модальность означает тип чувствительности (слуховой, зрительный, осязательный). Как мы знаем, в коре есть зоны, ответственные за восприятие стимулов разных модальностей. Этот блок регуляции обеспечивает работу с разными типами сенсорной информации. Известно, что различные типы информации – музыкальные мелодии, зрительные образы, лица – хранятся в различных частях коры больших полушарий.

К неспецифическому блоку регуляции относят ретикулярную формацию (на уровне среднего мозга), гипоталамус, ассоциативный таламус, гиппокамп и кору лобных долей. Мы видим, что в состав неспецифического блока входит ряд структур лимбической (эмоциональной) системы. Поэтому многие эмоционально окрашенные события нам запоминать значительно легче. Амигдала также вносит вклад в формирование эмоционального отпечатка воспоминания.

Амигдала особенно активна в ситуациях, когда воспоминание связано с событием, вызывающим страх. Оно надолго остается в долговременной памяти. Исследователь Доуве Драайсма обнаружил, что более 80 % наших первых воспоминаний так или иначе связаны с отрицательными эмоциями. Только вдумайтесь в эту цифру! Неудивительно, ведь для выживания важнее помнить о потенциально опасных, пугающих ситуациях, нежели о приятных моментах.

Амигдала располагается перед другой важной структурой памяти – гиппокампом. Его можно считать местом, где сходятся условные и безусловные стимулы. Если вспомнить эксперименты Павлова с собакой, именно здесь впервые встречаются сигналы о запахе еды (безусловные) и звонка (условные). И гиппокамп выполняет удивительную работу, состоящую из двух параллельных процессов. Он анализирует поступающую информацию, оттесняя реакции на посторонние случайные стимулы, и одновременно извлекает следы информации из памяти под влиянием приходящих сигналов о текущей мотивации.

В 2010-х годах в нейробиологии устоялась идея о том, что в гиппокампе каждый день образуется около 700 новых нервных клеток. Некоторые ученые предполагали, что эти клетки могут участвовать в запоминании новых навыков.

Однако в исследовании 2018 года, опубликованном в Nature, в 59 образцах гиппокампа умерших людей так и не удалось найти следов появления новых нейронов. В то же время выяснилось, что новые нейроны в гиппокампе обнаруживаются у новорожденных (около 1600 клеток в одном квадратном миллиметре). Но у подростков эта цифра снижается до 2,4. Есть предположения, что к окончанию периода миелинизации (25–27 лет) новые нейроны практически перестают образовываться. Сторонники другой гипотезы утверждают, что новые клетки все же рождаются, но в столь ничтожных количествах, что остаются практически незамеченными. Незадолго перед тем, как мне нужно было сдавать рукопись книги редактору, весной 2019 года вышла статья в журнале Nature Medicine, в которой авторы описывали обнаруженные ими признаки новых нейронов у пожилых людей (до 87 лет). Таким образом, мы имеем совершенно противоречивые данные в достаточно новых исследованиях. Так что вопрос о возможности восстановления нервных клеток в гиппокампе пока остается открытым.

В 2015 году в Science вышло необычное исследование, авторы которого, используя светочувствительный белок родопсин, научились управлять активностью клеток гиппокампа с помощью света. Для этого ученые из Массачусетского института (Кембридж) так модифицировали геном мышей, чтобы их нейроны активно синтезировали родопсин. Когда животных обучали избегать (бояться) комнату с электрическим током, светом включали именно нейроны с родопсином (в мембраны клеток животных встраивали светочувствительные белки. Таким образом исследователи делали эти нейроны управляемыми и ответственными за воспоминания о том, что при зажигании света появляется ток. Если же возбудить эти нейроны просто светом, животное будет бояться, даже не находясь в комнате с током. Но исследователи пошли еще дальше. Они обучали мышей избегать комнату с током и сразу после обучения давали блокатор синтеза белка. А нам уже известно, что блокирование синтеза белков влияет на структуру синапса. И действительно, клетки образовывали меньше новых контактов. Как результат – через сутки у мышей развилось состояние искусственной амнезии и они напролом шли в комнату с током, считая ее безопасной.

И тогда ученые сделали вывод, что блокатор синтеза белка как бы стер воспоминания. Они решили это проверить и попытались, воздействуя светом, активировать одну из ранее обученных клеток. И все получилось! Как только клетку возбуждали, сигнал шел дальше по цепочке и мышь вновь начинала проявлять признаки страха перед опасной комнатой.

То есть даже если информация кажется потерянной, ее еще можно вспомнить. Просто из-за нарушений в гиппокампе сделать это становится сложнее. Получается, гиппокамп участвует не только в фиксации информации, но и в ее воспроизведении, сохраняя адреса следов, хранящихся в памяти. Это очень важная деталь. В гиппокампе словно хранятся карточки с указателями к информации в других частях мозга.

Отбор стимулов на предмет их сохранения в памяти связан со сложным эмоционально-мотивационным аппаратом. По-видимому, гиппокамп, не без направляющего участия лобных областей коры, сохраняет эмоционально значимую информацию.

Важно добавить, что долговременная память формируется при непременном участии систем подкрепления, точно так же, как в экспериментах Павлова с собаками. Долговременная память имеет условно-рефлекторную природу.

Давайте резюмируем, что мы узнали о памяти. Есть клетки, которые образуют контакты друг с другом. Это распределенная долговременная форма памяти. Краткосрочная память – это временное пробегание импульсов по сетям (временно активные синапсы). Преимущественно в долгосрочной памяти данные хранятся в коре (в зависимости от типа информации). Когда нужно что-то запомнить, включается гиппокамп, который сортирует информацию. Он же «прописывает» карточку с инструкцией о том, как потом извлечь информацию из коры и других структур (как бы кодирует путь). Амигдала, гипоталамус и другие структуры обеспечивают эмоциональную окраску информации. При этом амигдала в большей степени способствует запоминанию негативно окрашенной информации. Когда нужно что-то вспомнить, импульсы через гиппокамп следуют по нужной сети, извлекая целостное воспоминание за счет одновременной активации большого количества клеток в разных участках мозга.

Вопрос о том, насколько ограничен объем долговременной памяти, не решен. Одни исследователи считают объем хранилища воспоминаний неограниченным, другие полагают, что мозг все же избавляется от некоторых старых воспоминаний, чтобы высвободить место для новых. Примеры с ложными воспоминаниями, которые я приведу чуть позже, возможно, помогут вам понять всю сложность функционирования памяти.

Ложные воспоминания

Очень важно понимать, что, поскольку в систему запоминания и извлечения информации включены одни и те же структуры, многие воспоминания могут перемешиваться и перезаписываться. Часть из них может быть попросту ненастоящей. В пользу этого говорят данные, полученные в исследованиях психологов и физиологов.

Когнитивный психолог Элизабет Лофтус изучала, как под воздействием времени и различных событий могут изменяться воспоминания людей. Ее интересовало, насколько точны показания людей, ставших свидетелями ДТП или какого-то преступления. Она показывала испытуемым небольшие видеофрагменты с запечатленными на них моментами дорожно-транспортных происшествий. Затем Лофтус разделяла участников исследования на условные группы, каждой из которых формулировала один и тот же вопрос по-разному. Результаты оказались ошеломляющими.

Формулировка вопроса «Видели ли вы, как разбилась фара?» влекла за собой больше ложных свидетельств о разбитой фаре, чем варианты с наводящими вопросами. Исследовательница пришла к выводу, что формулировка вопроса может серьезно исказить или трансформировать память свидетеля.

Позднее выяснилось, что возможна не только трансформация воспоминаний, но и их имплантация в психику. Исследователи отбирали испытуемых, а затем просили их родственников рассказать о некотором событии из детства самих испытуемых. Причем в действительности такого события не было. Например, родственники рассказывали испытуемому, что он в возрасте пяти лет потерялся в торговом центре.

Около 25 % испытуемых в конечном итоге начинали верить в правдивость этих событий. Более того, они потом дополняли всевозможными деталями. По сути, этим людям внедрили воспоминания, которых не было. А теперь задумайтесь: как много вы на самом деле помните из детства?

Нейрофизиологи давно догадывались, что долговременная память как-то связана с нашими генами и определенными белками.

Константин Анохин с коллегами обучал цыплят не клевать бусинки, покрытые горьким веществом. Сначала цыплята клевали их, думая, что они съедобные, но через какое-то время они обучились этого не делать. Цыплята хорошо запомнили цвет и форму этих бусинок и отличали их от других. Далее обученных цыплят разделили на две группы. Цыплятам обеих групп ввели вещества, которые блокировали синтез новых белков в мозге. Только при этом первой группе животных во время ввода веществ предъявляли те самые бусины и они их избегали. (Исследователи заставили цыплят как бы обратиться к воспоминаниям о них.) А второй группе цыплят бусины не показывали.

Так вот, через сутки цыплята из второй группы не клевали бусины. А из первой – забыли, что они несъедобные, и снова клевали их, будто видели в первый раз. Это позволило исследователям сделать вывод, что на молекулярном уровне в клетках происходят очень схожие процессы как при записи новой информации, так и при извлечении ее из памяти.

То есть извлечение чего-то из памяти практически равно запоминанию. И всякий раз что-то извлекая, мы как бы перезаписываем воспоминание. Теперь вы понимаете, что во многом это связано с механизмами работы самого гиппокампа.

Например, если вы что-то вспоминаете и оно накладывается на новую информацию, можно перезаписать целое событие. Вероятно, именно это и происходит во время психотерапии, когда пациент, скажем, обращается к состоянию панической атаки, а затем перезаписывает эти случаи более позитивным опытом.

Недавние эксперименты с людьми подтвердили эти выводы. Участникам предлагалось запомнить расположение 168 объектов на мониторе компьютера. Они находились на определенном фоне. После этого фон менялся и участников просили расставить объекты по тем же самым местам. В результате все участники эксперимента ошиблись, выбрав неправильное местоположение объектов. Затем испытуемым предъявили три различных варианта расположения объектов на исходном фоне и просили определить правильный вариант. Все участники выбрали тот вариант, который они указали во второй части эксперимента (с новым фоном). Только представьте: под воздействием фона их память на расположение объектов изменилась. Память нам лжет, исправляя события прошлого с помощью настоящего.

Полагают, что такой механизм как бы помогает нам приспособиться к текущей реальности, позволяет забыть нечто несущественное, заменив это важным (значимым) на данный момент.

Кстати, в пользу того, что мы не можем себя помнить в два, три, а иногда и в четыре года, свидетельствует упомянутый выше феномен разборки контактов между клетками мозга. Многие из тех первых контактов, в которых были записаны ваши ранние воспоминания, вероятно просто были разобраны мозгом. Это как взять и удалить кусок микросхемы из флешки. Физического носителя информации в мозге больше не существует. Поэтому нечему помнить о первых годах жизни.

Медитация и осознанность. Физиологические аспекты

Современная нейронаука подобралась и к такой пограничной области знания, как медитативные практики. В последние 20–30 лет накапливается все больше данных о специфических состояниях мозга человека во время медитации.

Число исследований на тему влияния медитации на человека исчисляется тысячами. Метаанализ данных позволяет достоверно говорить о положительном влиянии медитации на концентрацию внимания, устойчивость к стрессу, уровень тревожности, самооценку, уровень эмпатии и другие аспекты.

Важно отметить, что, несмотря на полученные результаты, многие нейробиологи до сих пор скептически относятся к самой возможности изучения медитации. И их скепсис вполне понятен. В подобных экспериментах крайне сложно определить, в какой именно момент человек был в так называемом состоянии медитации.

Для этого приходится разрабатывать хитроумную систему внутреннего контроля. Да и о том, что такое медитация, тоже необходимо отдельно договариваться. Вы, возможно, удивитесь, но многие вещи мы считаем таковыми по определению только потому, что так однажды договорились ученые. Вот решили эталонный брусок из сплава платины и иридия считать метром и все. Так и считали до 1960-х годов. Там, конечно, была одна немаловажная деталь. Сам эталон метра был введен как сорокамиллионная часть длины меридиана, проходящего через Париж. Это, как вы понимаете, придавало метру особую важность и величественность. Потом у французов решили отобрать привязку к их меридиану и стали определять метр как длину пути, который проходит свет в абсолютном вакууме за 1/299 792 458 секунды. Точка. Запомните. Просто так договорились!

А что же с медитацией? Как мы ее определяем сегодня?

Можно сказать, что медитация – собирательный термин, включающий в себя комплексные практики, направленные на работу с вниманием, мышлением и сознанием, проистекающие из различных традиций (дзен, трансцендентальная медитация, практики осознанности и так далее).

Часто получается так, что под медитацией понимают совершенно противоположные вещи. Чтобы исключить путаницу, разделим все медитативные практики на два типа:

1. Медитация сосредоточения (ее суть заключается в концентрации на определенном стимуле: дыхании, звуке, объекте).

2. Медитация блуждающего ума, или свободного мониторинга (важно замечать все, что происходит в мыслях, в теле и в окружающем пространстве, но не концентрироваться на чем-то одном).

Нередко они сочетаются. К примеру, в практиках осознанности занятия могут начинаться с концентрации, но конечная цель сводится к тому, чтобы научиться безоценочно замечать и «отпускать» мысли и ощущения.

Практики осознанности (майндфулнес) исследованы глубже и используются наиболее широко. Однако и у других типов медитации есть доказанные эффекты.

Осознанность (майндфулнес) против стресса

Осознанность представляет собой безоценочное внимание к своим мыслям и ощущениям. Мы пытаемся наблюдать за ними со стороны. Если переходить на научный язык, можно сказать, что мы пытаемся отключить лимбическую систему и просто просеивать информацию через серверы коры. Иными словами, оценочность – это присвоение какого-то определения, обычно завязанного на эмоциональном отношении к воспринимаемому.

Мы с вами знаем, что это весьма непростая задача, поскольку на нижних уровнях мозга таламус, амигдала и гиппокамп собирают информацию и анализируют ее с позиций значимости, опасности и востребованности исходя из мотивации. То есть вся загвоздка заключается в том, что еще на нижних входах поступающей информации сразу присваивается какой-то эмоциональный оттенок. А «отмыть» информацию от него – уже задача префронтальной коры (лобных долей). Другой вопрос, что у людей разных типов нервных систем степень «прокрашивания» эмоциональным оттенком будет отличаться.

Идея осознанности перетекла в западную культуру из традиций буддизма. В 1970-е годы в одной из американских клиник Джон Кабат-Зинн ввел практику осознанности в состав терапии для пациентов с хроническими болью и стрессом. В переводе на русский название его терапевтического курса так и звучало: «Основанное на осознанности уменьшение стресса» (Mindfulness-based Stress Reduction, MBSR). Позднее британцы узнали об этой методике и разработали основанный на осознанности тип когнитивно-поведенческой терапии.

В ходе недавних исследований доказано, что лечение псориаза в связке с практикой медитации ускоряет улучшение состояния кожи в четыре раза. Есть данные, что двухмесячные курсы осознанности успешно прошли клинические испытания, доказывающие, что они способствуют снижению выраженности хронической боли, реабилитации после операций и химиотерапии. И даже помогают, если человек пытается сбросить вес.

В США на государственном уровне вводятся рекомендации для дополнительного внедрения курсов осознанности и медитации для людей с депрессией, тревожным расстройством и выгоранием на работе. В частности, курс осознанности внедрили в США для медсестер. Он продемонстрировал свою эффективность, увеличив такие показатели как «самосострадание» и «удовлетворенность работой».

Возникает вопрос: как именно медитация осознанности вырабатывает у нас устойчивость к стрессу? Ответ прост: она заставляет набор определенных сетей работать активнее, способствуя развитию тех качеств, которые помогают адекватнее реагировать на стрессовые факторы. К таким качествам относятся безоценочность (отсутствие осуждения), терпение (умение не срываться), открытость новому, принятие (способность взглянуть на ситуацию с позиции другого человека), умение «отпускать» (быть гибким и не зацикливаться на какой-то проблеме), доверие.

Если вы внимательно прочли материал, изложенный ранее, то точно сможете предположить, какие структуры вовлечены в обеспечение этих качеств. И, конечно, вы догадались, что в практике медитации фигурируют главные сети мозга.

В исследовании 2015 года авторам удалось обнаружить факт, говорящий о том, что стресс увеличивает связь между латеральной префронтальной корой и миндалиной (через поясную извилину). А удивительнее всего то, что несколько недель практики медитации поворачивали этот процесс вспять: выраженность функциональных связей между префронтальной корой и амигдалой уменьшалась.

Нейрофизиология медитации осознанности

Исследовательская группа Сары Лазарь обнаружила, что у медитирующих людей, которые занимаются йогой много лет, структурные изменения в мозге, а также функциональные изменения мозговой активности пропорциональны количеству часов практики медитации. Однако, как мы с вами понимаем, все подобные исследования нужно трактовать с осторожностью. Верным утверждением может оказаться и обратное: люди с определенными особенностями мозга склонны посвятить жизнь медитации.

Надежнее опираться на исследования, в которых одних и тех же людей наблюдали до начала занятий медитацией и на разных этапах после.

Именно в подобных исследованиях доказано, что у регулярно практикующих буддийскую медитацию випассану сильнее выражены функциональные связи между базальными ганглиями (они обеспечивают двигательный контроль) и корой. Из этого следует, что медитация воздействует на эмоциональную регуляцию и контроль за движением и поведением.

Также обнаружено, что количество часов медитации коррелирует с асимметрией передней части поясной извилины (чем больше часов, тем больше левая поясная кора). А именно этот отдел отвечает за переключение внимания с одного стимула на другой и, как следствие, за адаптивность. Конечно, с точки зрения науки корреляция не обязательно обязательно означает наличие причинно-следственной связи. Поэтому нужны дополнительные исследования.

Но одно из самых интересных изменений, потенциально объясняющее суть механизма осознанности, связано с механизмом переключения внимания с внешних стимулов на внутренние ощущения тела.

Рис. 52. Активация СВЗ во время медитации

Группа исследователей под руководством Венди Хэзенкамп из Университета Эмори (Атланта), проанализировав данные МРТ, обнаружила, какие именно сети мозга активны в тот или иной момент медитации.

Испытуемых просили фокусировать внимание на своем дыхании. Во время такой медитации ум (сознание) отвлекается на посторонние стимулы, а испытуемый должен возвращать его обратно и вновь концентрироваться на дыхательных актах.

Исследователи выделили несколько фаз в структуре подобной медитации (и моментах отвлечения, которые возникают в процессе).

В первой фазе, когда ум отвлекается, происходит активация ДСМ. В этот момент испытуемый думает о каких-то воспоминаниях, связанных с ним или его окружением.

Во второй фазе происходит осознание, что ум отвлекся. Здесь включается в работу другая сеть – сеть выявления значимости. Она помогает медитирующему понять, какие именно чувства отвлекли его во время практики. СВЗ позволяет нам обнаруживать новые события и объекты: мы можем увидеть «инородный процесс» в практике осознанности. Благодаря СВЗ мы осознаем, что отвлеклись (ум блуждает), и имеем возможность вернуть внимание в тело.

Во время третьей фазы активируется дорсолатеральная префронтальная кора и боковая нижняя теменная доля. В этот момент медитирующий блокирует восприятие отвлекающих стимулов (как бы отрывается от них) и вновь возвращает внимание к дыханию.

На протяжении следующей фазы дорсолатеральная префронтальная кора остается активной, что позволяет медитирующему удерживать внимание на дыхании.

Там, где «живет» интуиция

А теперь кое-что очень важное. Отмечено, что испытуемые в подобных исследованиях обучаются отличать режим «нарративного шума», то есть своего обычного состояния с мыслями о прошлом и будущем, от сенсорного потока информации «здесь и сейчас». Таким образом, суть медитации и состоит в тренировке переключения с одного потока внимания на другой.

А это объясняет, почему практики осознанности помогают снижать беспокойство, решать сложные задачи и в целом меньше отвлекаться на мысли и внешние стимулы. Это подтверждается научными данными.

Норман Фарб из лаборатории в Торонто зафиксировал следующие изменения в мозге испытуемых, прошедших восьминедельный курс практики осознанности. В их мозге была активна островковая кора. Эта область получает сигналы от нескольких отделов мозга сразу и служит связующим звеном между ними.

1. Через соматосенсорную кору связывает мозг с ощущениями от тела, то есть получает температурную, болевую, тактильную информацию.

2. От амигдалы получает сигнал борьбы/бегства и в целом информацию об эмоциональной окраске реакции организма.

Далее островковая кора передает эти сигналы к затылочной, височной и лобной коре, которые отвечают за принятие решений, обработку речи, планирование действий и так далее.

По сути, островковая кора отвечает за то, что в народе называют интуицией. Она участвует в принятии решений, сопоставляя реакции тела и эмоции. Здесь же происходит связывание процессов внимания с различными ощущениями.

В ходе этого же исследования доказано, что во время практики осознанности уменьшается активность медиальной префронтальной коры, в частности ее дорсомедиальной части. На самом деле уменьшение активности префронтальной коры – это настоящее чудо!

Медиальная префронтальная кора – та часть лобных долей мозга, которая постоянно сверяется с информацией о себе. Она, как мы уже знаем, обрабатывает информацию о прошлом опыте, будущих планах, социальных взаимодействиях. Кстати, здесь же поддерживается непрерывная история жизни. Если бы можно было говорить о некоем центре «Я», он был бы в префронтальной коре. Я уже многое рассказал о строении и функциях префронтальной коры в главе, посвященной лобным долям, но здесь отмечу еще один существенный факт.

Эта область необходима для построения социальных взаимодействий, но побочными эффектами ее активности являются снижение эмпатии и увеличение агрессии по отношению к другим людям.

Получается, что, медитируя, мы снижаем активность этих областей и переключаем внимание из центра «Я» на ощущения от рецепторов в теле. Мы чувствуем, как напрягаются мышцы диафрагмы, как стопы давят в пол, как воздух охлаждает горло.

Подобная медитация учит нас активно переключать внимание. Это может быть особенно полезно для людей, которые разучились слушать свое тело (не обращали внимания на болевые сигналы, зажимы, дискомфорт) и долгое время блокировали свои эмоции и ощущения.

Исследователи и сами медитирующие предупреждают о побочных эффектах интенсивной медитации. Бывает так, что некоторым людям она приносит дискомфорт. Это состояние называется «беспокойство, вызванное расслаблением». Если это ваш случай, начните с коротких сессий – минут по 5–10.

Как правильно выполнять практику осознанности

Можно начать с самой простой медитации, работающей с дыханием.

Найдите место в тишине и покое. Если вы живете не одни, выберите время, когда никого нет дома.

Устройтесь удобно, сядьте на стул или коврик, но не ложитесь. Вам необходимо оставаться в состоянии бодрствования. Закройте глаза.

Позвольте своему вниманию настроиться. Вокруг неизбежно будут раздаваться звуки, в теле возникнут ощущения, в голове скопятся мысли – не игнорируйте и не подавляйте их, но и не начинайте о них размышлять. Старайтесь идти дальше.

Сфокусируйтесь на дыхании, ощущайте вдохи, выдохи. Почувствуйте ритм, который они создают. Можно делать вдох на раз-два-три-четыре (считать про себя) и выдох на раз-два-три-четыре или мысленно повторять «вдох», «выдох».

Если внимание начинает блуждать, не паникуйте. Замечайте отвлечение и возвращайте внимание обратно на процесс дыхания. Медитируйте сначала по 5–10 минут, но если хотите, можно и дольше.

Если верить исследованиям, даже короткие медитативные практики при регулярном повторении помогут вам расслабиться и стать более устойчивыми к стрессу.

Но помните! Серьезные расстройства, такие как клиническая депрессия, фобии и так далее, медитация не лечит. Теоретически она может лишь облегчать некоторые проявления.

Для тех, кто очень занят

Короткую версию медитации осознанности можно практиковать в любое время (когда обедаете, едете в транспорте, принимаете душ).

1. Приостановите действие, которое выполняете, и закройте глаза (если, конечно, не ведете машину).

2. Вдохните и выдохните несколько раз. Сфокусируйтесь на дыхании.

3. Отметьте свои ощущения в теле, отследите мысли и эмоции в текущий момент.

4. Слушайте звуки вокруг вас, не давая им оценки, просто замечая.

Часть III. Мозг и поведение

Экономические игры

В 1982 году была придумана знаменитая в психологической науке игра «Ультиматум». Ее правила просты. Есть два игрока. Им необходимо поделить между собой некую сумму – например, 100 долларов. Один из игроков распределяет деньги, второй – получает. Распределитель предлагает получателю некоторую сумму. Деньги можно делить только один раз. По условиям, если получатель отказывается от предлагаемой суммы, деньги не получает никто.

Если подходить к поведению игроков рационально, можно спрогнозировать следующую ситуацию. Игрок-распределитель должен предложить игроку-получателю, скажем, один доллар. Это всего одна сотая от суммы: для первого игрока – совсем небольшая потеря, а для второго – какой-никакой выигрыш (лучше, чем ничего).

Но на практике никто не предлагал доллар. Обычно распределители предлагали бо́льшие суммы. Это было первое открытие. За ним последовало и другое, ошеломившее исследователей. Люди отказывались от достаточно больших сумм, если считали, что распределитель принял несправедливое решение. Часто, когда игрок-распределитель предлагал суммы даже больше 20 %, второй участник все равно отвергал такой вариант.

Этот эксперимент проводили с жителями разных, в том числе бедных, стран. И везде результаты были схожими. Игроки-получатели отказывались даже от сумм, которые превышали их месячную зарплату! Но почему люди вели себя настолько нерационально? Ответ на этот вопрос мы получим, разобрав важные аспекты механизмов принятия решений, которые действуют в нашем мозгу.

Поведенческий акт в нашей жизни

В предыдущей части мы разобрали физиологические основы мышления, внимания, памяти. Одно из самых важных понятий, которое было нами затронуто, – поведенческий акт. На психофизиологические компоненты его разложил П. К. Анохин, предложив его модель. Сама по себе модель – удобный описательный интеллектуальный объект. Мы будем его активно использовать.

Важно отметить, что именно из таких вот поведенческих актов и складывается принятие решений конкретным человеком, небольшим коллективом и даже целым государством. Во всяком случае пока…

Итак, пришла пора разобраться, как нейрофизиология превращается в поведение, делая человеческую цивилизацию такой, какая она есть. Тут можно возразить насчет единой человеческой цивилизации – у нас разные культуры. Европа – это одно, а жизнь, скажем, в каком-нибудь африканском поселении – совсем другое. Несомненно, у разных народов свои культурологические особенности, но когда мы говорим о цивилизации, то подразумеваем некоторый набор общностей, универсальных признаков.

Например, к таким признакам относят наличие языка. У всех представителей современных народов есть язык. Пусть он своеобразный и порой кажется другим странным, но он есть. И у всех народов имеются поведенческие акты, нейрофизиологический механизм которых устроен сходным образом.

Любой поведенческий акт (которым, кстати, является и принятие решений) заканчивается двигательной активностью, то есть выполнением какого-то движения (сюда же можно отнести и речевое высказывание).

Да-да, именно так. Мозгу вообще нет смысла затевать какую-то активность просто так. Даже когда мы мечтательно о чем-то размышляем, благодаря зеркальным нейронам и ряду других систем мозга мы, по сути, прокручиваем картинки собственных движений и ощущений: как я буду сидеть за рулем этого роскошного автомобиля, какой вкус будет у элитного вина, что я скажу бывшему начальнику, когда меня повысят. Ведь приятно думать о чем-то, о чем приятно думать, не правда ли? Все эти наши «думания» есть не что иное, как «прокручиваемые» в голове поведенческие акты.

В рядовой ситуации поведенческий акт приводит ваше тело к той двигательной активности, которая разрешает доминирующую проблему. Вы почувствовали жажду – рука тянется к стакану воды. Вы почувствовали скуку – включаете телевизор или ищете интересный контент в интернете. Ваше тело отвечает движением на потребность – эмоции, мысли. Но что произойдет, если эмоции противоречивы и вы хотите одновременно несопоставимых вещей?

В 1961 году пациент W. J. перенес операцию по рассечению мозолистого тела (то есть были перерезаны волокна, соединяющие полушария мозга пациента). Левая и правая половинки мозга перестали быть связаны между собой. Известный нейропсихолог Майкл Газзанига, наблюдавший тогда за пациентом, отмечал фатальные изменения в его поведении.

Иногда его руки соревновались друг с другом. К примеру, когда пациенту нужно было по заданию собрать определенную конструкцию из цветных кубиков, его правая рука всячески пыталась изменить комбинацию, которую до этого собрала левая. Пациент с рассеченным мозгом мог одной рукой обнимать свою жену, а другой – тут же колотить ее по спине. Создавалось ощущение, словно каждая рука жила собственной жизнью. Интересно, что наблюдалось одновременное проявление как бы противоположных эмоций: условно говоря, любви и ненависти. Тогда даже было высказано предположение, будто в разных полушариях «живут» разные оттенки эмоций (в одном – положительные, в другом – негативно окрашенные).

Все это напоминало синдром чужой руки, возникающий в результате отмирания клеток мозга и проявляющийся в агрессивных конфликтах двух рук. Когда видишь такого больного, можно подумать, что его движениями управляет некая магическая внешняя сила. Описан случай, когда пациенту с таким синдромом приходилось всякий раз тормозить машину, когда его левая рука внезапно начинала хаотично хвататься за руль.

Описанные клинические случаи подтверждают современные нейробиологические гипотезы о том, что наше поведение обеспечивается независимыми системами мозга, которые работают параллельно. В каких-то процессах они действуют совместно, реализуя сложные варианты поведенческих актов. Как это устроено, мы с вами уже увидели на примере систем ДСМ, СВЗ, ЦИС. С этой точки зрения мы и будем освещать многие вопросы части.

Рис. 53. Моторная кора больших полушарий головного мозга человека

Теперь давайте коротко рассмотрим все структуры мозга, участвующие в реализации двигательного акта.

Сегодня уже много известно о такой области лобных долей, как моторная кора, расположенная под костями черепа в том месте, где заканчивается лоб и начинается теменная область. Она показана на рис. 53. Кстати, часть коры человечка Пенфилда (гомункулуса), о которой мы говорили ранее, тоже входит в состав моторной коры. К слову, есть сенсорный (чувствительный человечек), а есть – двигательный. В мозге они разведены бороздой. Так вот, двигательная часть гомункулуса и включается в состав моторной коры.

Моторная кора

Сегодня моторную кору считают центром управления самыми тонкими и точными произвольными движениями, то есть движениями, которые мы сознательно контролируем. Они и представляют собой итог принятого мозгом решения.

Сигналы, приходящие к моторной коре

Моторная кора получает два мощных потока информации. Один приходит от отделов мозга, связанных с ощущениями (мышечная активность, зрение, ощущения в теле и так далее), а другой – из префронтальной коры. Как вы догадались, оттуда приходят сигналы, связанные с программированием движения. Именно префронтальная кора оценивает степень адекватности движения и затем отсылает программу в моторную, как бы давая разрешение. А та уже отсылает сигналы в структуры, непосредственно связанные с движением.

Внутри моторной коры работают два механизма: контроль движений через обратную связь (при получении информации от мышц и так далее) и программирование (через префронтальную кору). Как же получается их совмещать?

Двигательные программы

Во-первых, моторная кора работает с памятью о двигательных программах. Она их извлекает и перерабатывает, либо сразу встраивает в нужное место более сложного двигательного алгоритма (по-научному – актуализирует моторные программы). Помните, мы с вами уже говорили про автоматизмы. По сути, моторная кора перетасовывает и комбинирует эти самые двигательные автоматизмы.

Известно, что при выполнении какой-то ранее заученной деятельности нейроны мозжечка активируются за 10 миллисекунд (мс) до того, как в работу включатся клетки моторной коры. Исследователям удалось снизить температуру мозжечка у обезьян, что привело к тому, что выученное ранее движение запаздывало!

Вы только вдумайтесь в это. Нас можно «подтормозить», просто чуток остудив кусочек мозга.

Базальные ганглии

Помимо мозжечка, двигательные программы хранятся и в базальные ганглиях (это структуры с дофаминовыми нейронами). Там нервные клетки могут включаться в работу еще за 150 мс до того, как начнется движение. Запомните этот факт! Это нам еще очень, очень пригодится.

Сегодня считается, что в мозжечке уже есть необходимые моторные программы движений, которые ждут сигнала сверху от моторной коры. Чтобы не возникало путаницы, уточню: эти команды мы когда-то выучили в процессе жизнедеятельности.

Пусковой механизм

Нейробиологи выделили две системы инициации (запуска) движения. Одна – лимбическая (эмоциональная). Она переводит внутреннюю мотивацию в действия, работает в ситуациях, когда нужно удовлетворить жажду, голод и так далее. Важно отметить, что эту систему с моторными базальными ганглиями связывает прилежащее ядро. Это та область, которую крыса стимулировала сама, ожидая получить удовольствие. Так этот механизм и работает у относительно простых организмов. Поэтому они и живут удовлетворением простейших потребностей через прилежащее ядро. Оно отправляет сигналы на двигательные структуры.

Но у более сложно организованных животных (например, обезьян) и человека есть еще и вторая система – когнитивная. Она завязана на анализ предыдущего опыта. Ключевую роль в этой системе играет та самая информация от префронтальной коры. Также для когнитивной системы важны сигналы от ассоциативной коры, то есть от тех областей, где нейроны умеют работать одновременно с потоками разной информации: слуховой, зрительной, осязательной и так далее.

Эмоциональная и когнитивная системы обычно действуют совместно. Прилежащее ядро и ряд других структур фильтруют информацию от обеих систем. Здесь прилежащее ядро выступает в роли места стыковки двух механизмов.

К примеру, вышедший от стоматолога человек почувствовал голод. Эмоциональная система запускает команды, направленные на поиск еды. Активируется прилежащее ядро. Но в этот же момент человек осознает, что после лечения нельзя есть два часа. И когнитивная система блокирует поисковое поведение.

Две системы запуска движений:

1. Лимбическая система переводит мотивацию в действие.

2. Когнитивная система осуществляет сознательный контроль через анализ предыдущего опыта.

Точка стыковки – прилежащее ядро.

Можно разделить процессы управления движением на три фазы:

1. Блок запуска (инициации) движения (лимбическая система с прилежащим ядром, ассоциативная кора).

2. Блок программирования движения (мозжечок, базальные ганглии, моторная кора, таламус, спинальные и стволовые генераторы).

3. Исполнительный блок (выход на нейроны, управляющие работой мышц).

Рис. 54. Схема центров и путей регуляции движений

А теперь – внимание! Схема, представленная на рис. 54, объясняет не только запуск непроизвольных движений (врожденных форм двигательного поведения (например, если новорожденного держать в вертикальном положении, как только его ступни коснутся твердой поверхности, он попытается выпрямить ноги) и автоматизмов), но и возникновение произвольных движений.

Таким образом, рефлексы и произвольные движения не противоречат друг другу. Наши сознательные произвольные движения подчиняются рефлекторному принципу. Просто задумайтесь над этим: даже все, казалось бы, невероятно продуманные, изощренные формы движений работают как набор рефлексов! Все наши простые ритуалы – умывание по утрам, завязывание галстука перед тем, как отправиться на работу, нанесение туши на ресницы, решение уравнений на бумаге – это такие же рефлексы, как и те, что заложены с рождения. Только процесс их формирования более сложный.

Помните, мы говорили о внимании? Мы отмечали, что оно бывает произвольным и непроизвольным. Когда внезапно стучат в дверь, а мы отвлекаемся – это непроизвольное внимание. Когда мы сами думаем, что неплохо было бы пойти и посмотреть, есть ли кто-то за дверью, то уже имеем дело с произвольным вниманием. По тому же принципу можно разделить произвольное и непроизвольное движения.

Но все-таки, что же их принципиально отличает друг от друга?

Современные нейрофизиологи считают, что произвольное движение имеет конкретную цель. Причем она изначально сформирована высшими отделами коры в лобных долях. Произвольные движения человек сознательно регулирует. Более того, они тесно связаны с речью. И у человека сами цели произвольных процессов формулируются речью. Мы уже обсуждали, как формируется речь у ребенка в ассоциативных областях коры и как это связано с поведением. А. Р. Лурия и его коллеги доказали, что предварительное проговаривание последовательности действий позволяет ребенку овладеть сложными формами поведения. В то же время задержка речевого развития у детей приводит к снижению (и искажению) сознательной регуляции поведения.

Мы подробно рассмотрели схему двигательного акта для того, чтобы вы уловили природу конфликта между вашей эмоциональной и когнитивной системами при принятии решений.

Почему, например, когда вы сидите на диете и проходите мимо кондитерской, все внутри будто взрывается – вы срываетесь и покупаете пирожное?

Почему вы даете себе обещание выучить новый язык, но вместо этого вечерами смотрите сериалы?

Почему вы хотите выстроить доброжелательные отношения в семье, но, заметив небольшие раздражающие детали в поведении партнера, срываетесь в конфликт?

Мозг принимает подобные решения, поскольку когнитивная система не сумела блокировать эмоциональную. Произошло принятие решения с уклоном в эмоциональную сферу. Этот конфликт вечен во всех аспектах жизни. И даже больше – в тех аспектах, которые вы не замечаете.

Но если так происходит принятие решения о том, есть пирожное или нет, то что же с другими аспектами нашей жизни?

Нейроэкономика

В 2002 году произошло хоть и значительное, но вполне себе обыденное научное событие – присвоена Нобелевская премия по экономике. Однако главной сенсацией стало то, что получил ее не экономист, даже не юрист и не политик, а психолог! Даниэль Канеман, удостоенный этой награды, предложил использовать довольно специфические на тот момент психологические подходы в экономике.

Одним из базовых утверждений в концепции Канемана было то, что люди принимают решения нерационально. Классическая же экономическая теория подразумевает, что все решения люди должны принимать рационально. Деятельность людей (или организаций, представляющих собой объединения людей) всегда целесообразна, то есть направлена на достижение конкретной цели. Она ведется исходя из заданных ограничений и доступных возможностей. К примеру, тот или иной экономический агент стремится к максимизации конечной прибыли. Но всегда ли мы сталкиваемся с подобным поведением на практике?

Давайте вновь вернемся к примеру с игрой «Ультиматум». Вспомните: игроки отказывались от выигрышей, сопоставимых с их месячным заработком. Вы, конечно же, догадались, почему они так поступали? Да, они полагали, что разделение выигрыша происходит несправедливо. Оказалось, что долгое время экономисты недооценивали этот параметр. Справедливость оказалась для человека важнее его материальных интересов.

Если бы игрок-получатель мыслил рационально, он должен был бы забрать и 30 %, и 20 % от выигрыша. В рамках классического экономического подхода, если есть возможность извлечь выгоду, пусть даже небольшую, это нужно сделать. Но здесь мы сталкиваемся с ситуацией, когда человек, испытывая чувство несправедливости, напрочь отказывается от денег. Обратите внимание – даже от больших денег (по сравнению с его заработной платой).

Как было доказано в большинстве исследований, средняя сумма, «убеждавшая» игроков прийти к соглашению, колебалась в районе 50 %. То есть мы видим, что игроки считали справедливым разделение денег поровну.

Именно о подобных нерациональных механизмах и говорил Канеман.

В экономической науке есть обширная область под названием теория игр. С ее помощью экономисты моделируют взаимодействие людей при определенных обстоятельствах. Игры бывают двух видов: с нулевой суммой, когда уже имеющееся количество денег делится между несколькими игроками; и с положительной суммой, когда в результате совместных усилий количество денег можно увеличить.

Во втором случае игроки совместными действиями получают бо́льшую выгоду, то есть мы наблюдаем явление кооперации. Вероятно, несколько следующих абзацев ниже покажутся банальными для людей, знакомых с экономикой, но, поскольку книга рассчитана на достаточно широкую аудиторию, я все же коротко перескажу суть международной кооперации стран.

Некоторые ошибочно полагают, что торговля (в глобальном понимании) является игрой с нулевой суммой, то есть в ее рамках ценность создаваемых товаров и услуг не увеличивается. На самом деле это не так. Торговля добавляет товарам и услугам дополнительную полезность (запомните этот термин). Скажем, такси у вашего дома, способное доставить вас до точки назначения быстрее других видов транспорта, имеет бо́льшую ценность, чем станция метро в трех кварталах. Мандарины на деревьях в Марокко вообще не имеют для нас с вами никакой ценности, в отличие от мандаринов в супермаркете через дорогу. В каждом из приведенных примеров мы получаем прирост полезности в зависимости от дополнительных условий. И мы за этот прирост готовы доплачивать.

Но самое важное свойство торговли, значимость которого в теории игр выводят на первый план, – это специализация. Специализация предельно рациональна. Ведь если каждый экономический агент (участник рынка) начнет специализироваться на том, что у него лучше получается, количество благ возрастет, а их качество повысится.

Фактически все изложенное выше может быть применено не только к взаимодействию отдельных людей, но и к взаимодействию на глобальном уровне.

Рассмотрим это правило на примере мировой торговли. Возьмем некий регион, в котором находятся три страны: А, Б, В. Каждая из них может выращивать три вида культур: кукурузу, пшеницу, гречиху.

Страна А может выращивать:

• кукурузы – 10 тыс. тонн в год (с одного участка),

• пшеницы – 20 тыс. тонн в год,

• гречихи – 37 тыс. тонн в год.

Всего 67 тыс. тонн.

Страна Б может выращивать:

• кукурузы – 25 тыс. тонн в год,

• пшеницы – 55 тыс. тонн в год,

• гречихи – 35 тыс. тонн в год.

Всего 115 тыс. тонн.

Страна В может выращивать:

• кукурузы – 30 тыс. тонн в год,

• пшеницы – 65 тыс. тонн в год,

• гречихи – 15 тыс. тонн в год.

Всего 110 тыс. тонн.

Итого с трех стран в год: кукурузы – 65 тыс. тонн, пшеницы – 140 тыс. тонн, гречихи – 87 тыс. тонн.

Как изменится картина, если в нее добавить специализацию?

Вы видите, что в стране А не очень хорошо с кукурузой, зато неплохо растет гречиха. А в стране В явно не выгодно выращивать гречиху, зато выгодно – пшеницу. Страны могут увеличить общие показатели, если начнут кооперироваться по принципу специализации, то есть станут прицельно выращивать ту или иную культуру. Таким образом, для страны Б остается кукуруза, пусть она и растет здесь не лучше остальных культур. В этом и состоит суть кооперации.

В стране А выращивается только гречиха, в стране Б – кукуруза, в В – пшеница.

Когда каждый из участков в каждой стране будет рационально отведен под выращивание только одной выгодной культуры, мы получим следующие цифры: кукуруза – 75 (25×3) тыс. тонн, пшеница – 195 (65×3) тыс. тонн, гречиха – 111 (37×3) тыс. тонн.

Ощутимый прирост? Безусловно. Но где вы видели такое, чтобы страны всегда слаженно специализировались согласно принципу международного разделения труда, который прекрасно работает в теории экономических игр?

Правильно, идеальных ситуаций нет. Конечно, та или иная страна экспортирует то, что в ней лучше всего растет (или производится эффективнее). Но до рациональной специализации реальным странам очень и очень далеко. Почему так происходит? Здесь и вступает в игру нерациональное чувство справедливости.

Часто и на уровне крупных экономических блоков решения принимаются нерационально. Когда одна страна считает, что по отношению к ней ведется не совсем справедливая политика (что, кстати, может быть совершенно надуманно), она отказывается участвовать в экономически целесообразной кооперации. Почему? Потому что решения принимают живые люди. Вполне вероятно, когда-нибудь подобные решения будет принимать искусственный интеллект.

Обратите внимание на то, что принцип нерациональности переходит с одного уровня на другой.

Заслуга Канемана состоит в том, что, будучи психологом, он понимал: руководства отдельных стран, как и обычные люди, часто принимают решения, испытывая некоторую тревогу. Она вполне обоснована и зависит от степени неопределенности условий. К примеру, диспетчеру нужно дать команду посадить самолет на ту или иную полосу. Но чем хуже погодные условия, тем сложнее это сделать. Игрок, делая ставки уже в реальной игре, а не в «Ультиматуме», рискует потерять большую сумму или вообще влезть в огромные долги. Вообще-то, люди не любят рисковать. Так уж устроен наш мозг. Вспомните о том, что негативный опыт оставляет в мозге более глубокий след.

Еще в сочинении 1738 года философ и математик Даниил Бернулли пытался понять, как размеры богатства человека влияют на его желание рисковать капиталом. Философ полагал, что люди не склонны к риску, но многое зависит от того, о каких суммах идет речь.

Для примера приведу ситуацию, в которой вы получаете, скажем, 10 тысяч с вероятностью в 85 % и 8,5 тысячи с вероятностью почти 100 %. Обычно игрок выбирает второй вариант. Обратите внимание: вероятность проигрыша в первой ситуации составляет всего 15 %. Но человеку спокойнее забрать сумму в 8,5 тысячи.

Бернулли первым заговорил о том, что некоторая общая полезность богатства способна сделать людей либо счастливыми, либо несчастными.

Стоит отметить, что некоторые выводы Бернулли подвергались критике, но именно они натолкнули экономистов и психологов на идею ожидаемой полезности. Это психологический эквивалент измерения ценности денег (или какого-то другого блага).

Интересно, что в отдельных ситуациях, когда сумма выигрыша значительно превышает потери, люди готовы идти на риск, даже если уже выигранная сумма является для них более чем значительной.

К примеру, человек играет в телевизионную игру на эрудицию. Его выигрыш после ответа на десятый вопрос составляет 500 тысяч, а следующий – может принести 650. Но вероятность дать правильный ответ очень низка (уже израсходованы все подсказки, да и вопрос, очевидно, будет сложнее). С точки зрения рационального подхода логично остановиться и забрать деньги. Но человек все равно готов идти на риск.

Частично объяснение такого решения можно найти в работах Бернулли. Если не вдаваться в детали, математик отметил, что важны процентные соотношения. Скажем, субъективное ощущение разницы в выигрыше между 100 и 200 рублями выше, чем между 1100 и 1200 рублями.

Полезность ожидаемого результата вычисляется как сумма полезностей возможных исходов с учетом их вероятности.

За последние полвека в многочисленных экспериментах были получены данные о том, как экономисты и бизнесмены сами принимают ошеломляюще нерациональные решения.

Достижения нейробиологии позволили невероятно близко подойти к пониманию мозговых процессов принятия экономических решений. Чтобы эффективно моделировать поведение человека была создана целая междисциплинарная отрасль знаний – нейроэкономика. Она объединила в себе подходы нейробиологии, экономики и психологии.

По своей сути нейроэкономика – это нейробиология принятия решений. Изначально нейроэкономика была призвана на помощь, чтобы лучше понять природу нерационального поведения и объяснить, например, почему эмоции при потери сильнее эмоций при приобретении.

Но больше всего нейроэкономистов интересовало, как каждый из нас определяет субъективную полезность (я упоминал этот термин чуть выше) при выборе из предложенных альтернатив и как мозг оценивает риски.

Именно на этом давайте остановимся чуть подробнее.

Точки «разжигают ненависть» между нейронами, или Поле битвы – мозг

Лео Сагру с коллегами отталкивались от идеи, что нейрон или нейронная сеть принимает решение, собирая информацию об альтернативах в поведении, и делает выбор в пользу оптимальной стратегии достижения результата.

Экспериментаторы обучали обезьян следить за определенными объектами. Лео Сагру хотел найти нервные клетки, которые принимают решение, куда перевести взгляд (вправо или влево). На экране перед животными появлялось облако из точек, причем исследователи могли задавать разную степень синхронности их перемещения. Скажем, все точки одновременно двигались вправо или, наоборот, влево. В какие-то моменты они двигались хаотично, а иногда большая часть – вправо, а остальные – влево. Оказалось, что обезьяны достаточно быстро выявляли доминирующее направление движения точек и следовали за ним взглядом. Экспериментаторы увеличивали или уменьшали количество точек, двигавшихся в одном направлении, что усложняло или упрощало задачу.

Выяснилось, что за отслеживание перемещения точек – а вернее за принятие решения, куда смотреть, – отвечали нейроны внутритеменной борозды (lateral intraparietal area, LIP). Нейроны этой области собирали информацию до какого-то порогового значения, и как только оно достигалось – запускалось движение глаз в ту или иную сторону.

На основе полученных данных нейробиологи предложили простую модель: информация о направлении движения обрабатывается на уровне специализированных нейронов-детекторов. А сами по себе эти нейроны кодируют информацию о движении независимо друг от друга.

К примеру, чем больше точек в облаке движутся вправо, тем более активными становятся нейроны – детекторы этого направления. Но была отмечена удивительная вещь.

Чтобы отправить команды на моторные структуры и заставить обезьяну смотреть в том или ином направлении, одни нейроны начинали подавлять другие!

Они конкурировали за то, чтобы быть активированными, просто включиться в работу! Мы с вами уже сталкивались с этим принципом, когда говорили о получении фактора роста в развивающемся мозге. Тут аналогичная ситуация, реализуемая по принципу «выбывает тот, кто не успел включиться в работу». Здесь, правда, никого не уничтожают, но неактивные клетки все же получают меньше стимуляции. Задача клетки – проявлять активность, так она упрочняет свои связи. Ее положение в системе становится более устойчивым.

А теперь подумайте: чтобы вы сейчас перевели взгляд, решили отложить какое-то дело или найти себе другое занятие, в вашем мозге развернулась настоящая битва между клетками, каждая из которых хочет включиться в работу. Никакой романтики, никакой слаженной работы по взаимным договоренностям – только жесткая борьба, только победа сильнейшего.

Ваш выбор – победа сильнейших нейронов вашего мозга в конкурентной борьбе.

Отложите книгу на несколько минут и подумайте об этом…

Да, так себе картинка вырисовывается. Не очень приятно осознавать, что есть бездушные клеточные единицы, которые отдают вам команды, выясняя отношения между собой.

Эксперименты с обезьянами производились с применением положительного подкрепления. Животных награждали апельсиновым соком. Оказалось, что активность нейронов области LIP зависела как от величины ожидаемой награды, так и от того, с какой вероятностью эта самая награда могла быть получена. Вдумайтесь, клетки еще и просчитывали, целесообразно ли вообще выполнять нужное действие.

Таким образом, нейроэкономика смогла очень близко подойти к объяснению концепции ожидаемой полезности. Всякий раз, делая выбор, нейроны взвешивают на невидимых весах степень полезности (целесообразности) того или иного действия.

Но все-таки – не одни же нейроны области LIP участвуют в принятии решений! На примере разбора механизмов двигательного акта мы уже убедились, что обычно в работу включается множество систем мозга. Как же мы принимаем решения и какие еще структуры мозга на это влияют?

Большинство из нас считает привычку задумываться над последствиями наших поступков ужасно скучной… порой до смерти.

Бертран Рассел

Принятие решений

Известно, что, помимо области LIP, в процесс оценки ожидаемой полезности вовлечены структуры дофаминовой системы (прилежащее ядро, гипоталамус, стриатум). Особую роль в оценке полезности конкретного выбора играют именно стриатум и орбитофронтальная кора.

Согласно одной из базовых нейробиологических моделей нейросети собирают информацию от органов чувств (и систем внутренней мотивации), а далее производят сравнение альтернатив. Все поступившие сигналы (когнитивный, мотивационный, зрительный, слуховой и так далее) сравниваются в нейросети, а далее на выход подается результат сравнения – оптимальное (по мнению нейросети) решение.

Но обратите внимание: никто не говорит о том, что нейросеть будет сидеть и учитывать досконально каждый параметр предложенных альтернатив. Думаете, ей больше заняться нечем? Более того, она работает в условиях ограниченной информации.

Вообще, орбитофронтальная кора задействована в тех ситуациях, когда мозг когнитивно перегружен. Представьте: вы думаете, думаете, думаете, взвешиваете, анализируете, а потом говорите: «Эх, была не была! Будь что будет». Орбитофронтальная кора как бы разрешила эмоциям взять верх и принять решение. Потому что мозг устал разбираться, в чем там дело.

В реальной жизни на человека действуют самые разнообразные факторы. И далеко не всегда мозгу вообще есть смысл измерять ценность конечного результата. Почему? Потому что многое из того, что мы делаем (как мы уже выяснили ранее), – автоматизмы.

К примеру, супруги договорились, что каждую пятницу ходят в театр. Соответственно, на выходных или за несколько дней до наступающей пятницы они выбирают, на какой спектакль пойти. Это вариант целесообразного осмысленного поведения, потому что оно направлено на достижение конечной цели.

Но! Если супруги будут выбирать спектакль достаточно часто и регулярно, то в какой-то момент подобное поведение превратится в привычку. То есть процедура выбора перестанет быть зависимой от ценности ее результата.

И в итоге получается, что автоматизм – поведение, которое вообще не требует достижения цели. Здесь очень важно понять, что само по себе действие (этот автоматизм) обладает высокой ценностью для нас, но при этом не зависит от реальной цели. И тут кроется главное коварство всего механизма принятия решений.

Под воздействием внезапно возникших внешних условий может происходить сбой в цепочке событий «действие – награда». А это приведет к тому, что мозг ошибется в предсказании ценности решения.

Давайте рассмотрим пример. Вы любите пить кофе, и для вас это уже ритуал. У вас даже есть любимая кофейня. Вы приходите туда каждое утро перед работой. В какой-то момент уровень сервиса сильно падает, да и кофе будто стал чуть хуже, но не критично. Рациональная часть мозга, задействующая структуры префронтальной коры, должна отдать команду искать новое место. Но в силу сложившегося автоматизма сделать это крайне сложно. Вы эмоционально привязаны к месту, к запаху кофе в конкретной атмосфере.

Наши автоматизмы запускаются стриатумом (второй этаж мозга), а целенаправленное сложное поведение – префронтальной корой (третий этаж). То есть в какой-то момент изначально целенаправленное поведение, постепенно превращаясь в автоматизм, спускается в мозге с третьего этажа на второй.

Антонио Рэнджел из Калифорнийского технологического института (Пасадина) полагает, что процесс принятия решений также опосредован и классическим павловским рефлексом. И тогда получается, что принятие решений складывается из трех составляющих: систем целенаправленного поведения, автоматизмов и условных рефлексов.

Многим автовладельцам знаком пример, когда в веселой компании водителю активно предлагают выпить. Некоторые друзья могут быть настолько убедительными, что им практически невозможно отказать. Если у водителя еще и имеется привычка выпивать, то она, несомненно, подталкивает его принять порцию спиртного. Это вариант автоматизма (со второго этажа мозга). Но водитель не может не осознавать последствий. Ему об этом яркими образами и гипотетическими примерами напоминает префронтальная кора (система целенаправленного поведения).

Системы второго этажа, в частности стриатум и часть лимбической системы, здесь можно представить как капризного ребенка, который хочет немедленно удовлетворить сиюминутное желание. Тогда как префронтальная кора – воспитатель, не позволяющий ему это сделать.

Внутри мозга водителя возникает конфликт между его «ребенком» и «воспитателем». Человек начинает испытывать чувство вины. В итоге нейроны системы целенаправленного поведения должны подавить стриатум и другие структуры, отвечающие за наши привычки.

Но всегда ли так происходит? Всегда ли мозг принимает целенаправленное логичное (в некотором смысле социально безопасное) решение? Нет. Именно это и изучает нейроэкономика, а еще то, как это используется в рекламе и управлении мнением масс.

Системы Канемана

Даниэль Канеман сформулировал идею о двух системах мозга, обеспечивающих принятие решений. Система 1 – автоматическая, быстрая, практически спонтанная. Система 2 – целенаправленная, медленная. Вы, наверное, уже примерно поняли, о чем идет речь.

Классический рефлекс, описанный И. П. Павловым, и автоматизмы можно отнести к Системе 1, тогда как произвольные целенаправленные действия, контролируемые префронтальной корой, – к Системе 2.

Давайте вновь вернемся к игре «Ультиматум», где участники связаны одной суммой.

В 2003 году американский нейробиолог Алан Сенфи, используя методы фМРТ, показал, что в мозге игрока-получателя активируется островковая кора, если он считает предложение несправедливым. Известно, что эта зона задействована в те моменты, когда человек испытывает эмоцию отвращения. Так вот, оказалось, что активность островковой коры была тем больше, чем большую несправедливость ощущал игрок, которому предлагали ту или иную сумму.

Изменение активности также отмечалось в дорсолатеральной префронтальной коре и цингулярной (поясной) извилине. Эти структуры включаются в работу в процессах самоконтроля и при возникновении внутреннего конфликта.

Но еще более удивительным оказался тот факт, что по активности дорсолатеральной префронтальной коры и островковой коры, точнее по соотношению их активностей, можно было весьма точно предсказать, отвергнет игрок предложенную сумму или примет.

Как вы уже догадались, в случае, когда игрок отвергал предложение, активность островковой коры была выше, чем активность дорсолатеральной префронтальной коры.

Таким образом, ученые впервые получили возможность предсказать экономическое решение человека по активности его мозга.

Поскольку островковую кору можно отнести ко второму этажу мозга, в данном примере мы видим, как негативная эмоциональная реакция превалирует над рациональным желанием извлечь выгоду.

Рис. 55. Принцип действия метода транскраниальной магнитной стимуляции

Исследователи стали понимать, что порой структуры второго этажа мозга, отвечающие за эмоции, могут «перебить» активность даже такого серьезного игрока, как префронтальная кора третьего этажа (самого нового и совершенного). Благодаря чему это достигается? Благодаря скорости!

Такое нерациональное поведение продиктовано более быстрой работой Системы 1. Она древнее и эволюционно была заточена на то, чтобы как можно скорее реагировать на внезапную угрозу или спонтанно изменившиеся условия среды.

Но Дарии Нок и ее коллегам было мало данных, полученных Аланом Сенфи. Они хотели до конца разобраться в том, как дорсолатеральная кора взаимодействует с островковой и в 2006 году опубликовали результаты исследования, в котором применили метод транскраниальной («сквозь черепной») магнитной стимуляции (ТМС).

ТМС – это инструмент с магнитной катушкой, которую располагают у поверхности головы и стимулируют различные области мозга. Существовало две гипотезы о механизмах взаимодействия дорсолатеральной и островковой коры. Согласно первой, дорсолатеральная кора контролирует импульсивные эмоции. Ее подавление вызовет более бурную эмоциональную реакцию во время несправедливого дележа денег. Вторая гипотеза говорила о том, что рациональное (циничное) желание получить деньги нуждается в некотором контроле. В таком случае дорсолатеральная кора помогает сопоставить эгоистичные желания индивида с социально одобряемыми формами поведения.

Выяснилось, что если с помощью ТМС подавлять активность дорсолатеральной префронтальной коры в правом полушарии, то игрок склонен чаще принимать несправедливые предложения. Проще говоря, «цензор» отключается, и люди берут даже вроде бы невыгодные суммы.

Тут важно и другое. Отключение дорсолатеральной коры приводило к изменению только поведения. Оно становилось словно механическим. При этом испытуемые возмущались по поводу несправедливого решения. Представьте, будто кто-то о вас вытирает ноги, но ваши руки обездвижены, а на лице самопроизвольно появляется доброжелательная улыбка.

Вы только вдумайтесь: внутри у вас все бунтует, но вы не в силах отказаться и делаете выбор наперекор своим желаниям и эмоциям. Возмущение есть, а сопротивление подавлено!

Подавляя определенные области мозга, исследователи научились управлять процессом принятия решений и поведением людей.

На этом можно было бы и закончить книгу. Но у нас есть еще кое-что интересное. Выяснилось, что влиять на принятие решений можно и без магнитных стимуляторов.

В одном из исследований у игроков провоцировали плохое настроение перед игрой «Ультиматум». Ученые предположили, что негативный настрой будет еще больше активировать островковую кору, а это приведет к более частым отказам от несправедливых предложений.

Выяснилось, что после просмотра драматичного фильма испытуемые чаще отвергали несправедливые предложения.

Результаты не просто подтвердили иррациональность (нелогичность) нашего поведения, но и продемонстрировали тот факт, что даже незначительные изменения эмоционального состояния, никак не связанные с текущей задачей, могут серьезным образом влиять на экономические решения. Эти и другие исследования также подтвердили, что эмоциональная реакция на несправедливость часто превалирует над рациональной.

Способность оценивать, справедливо ли то или иное предложение, делает возможной кооперацию внутри социальной группы.

Люди, несущие деньги в никуда…

Мы выяснили, что ощущение социальной справедливости (или несправедливости) при дележе денег играет чуть ли не ключевую роль процессе принятия решений. Такие ощущения всегда имеют ярко выраженную эмоциональную окраску. Интересно, что игра в «социальную доброту» ведется с обеих сторон. И игрок, распределяющий деньги, и игрок, получающий их, хотят продемонстрировать своего рода социальную добросовестность. Распределитель старается все-таки не прослыть жадиной (особенно в тех случаях, когда за игрой наблюдают другие люди), а принимающий игрок не хочет выглядеть обделенным и обманутым (простофилей, если хотите). Оба стараются сохранить свой социальный статус. Интересно, что амигдала, о которой мы уже не раз упоминали в контексте переживания страха, заставляет человека задумываться о том, что он мог бы получить хоть какие-то деньги, если бы не отказался.

В норме у человека регулярно возникают негативные эмоции – сожаления о принятом решении. Но так происходит не у всех.

В ходе исследований установлено, что и Система 1 (непроизвольная, автоматическая), и Система 2 (произвольная, разумная) вносят приблизительно равный вклад в процесс принятия решений. Важен баланс в их работе. Если он достигнут, мы получаем гармоничный для нашего вида вариант поведения.

Нам с вами уже известно, что у пациентов с серьезными повреждениями лобных долей (например, орбитофронтальной коры) наблюдаются проблемы с планированием действий. Но в поведении таких пациентов выявилась еще одна необычная закономерность: они словно действуют себе во вред.

К примеру, такие пациенты, играя на бирже, снова и снова участвовали в операциях, которые заведомо вели к провалу. Либо они могли многократно инвестировать в проекты, которые уже были разорены! Здесь важно отметить, что эти люди отнюдь не глупы. Интеллект у них может быть даже выше среднего. Что же тогда с ними не так? Откуда такое поведение?

Оказалось, высокий уровень интеллекта никак не помогает, если нарушен механизм, который предсказывает последствия действий и будущие потери. У таких пациентов даже не возникает эмоциональных реакций, связанных с возможными потерями. Иными словами, даже зная, что могут потерять имущество на огромную сумму, они не будут испытывать сожаления и расстройства по этому поводу.

Благодаря экспериментальным играм доказано, что эти пациенты не только не избегают ситуаций, связанных с возможными потерями, но зачастую даже целенаправленно выбирают их (из-за своей сверхрациональности).

Самое интересное, что такие люди всегда предлагают рациональное объяснение своего поведения. Они принимают неверные решения об инвестировании или совершении сделки не потому, что они не понимают, что творят, напротив, они подходят к решению слишком рационально. У них нет страха потерь.

Кто-то, быть может, даже позавидовал бы им – вот же уверенность в себе! Но такое поведение сильно мешает в жизни. Оно распространяется не только на финансовую сторону, но и на личную. К примеру, если такой пациент выбирает место для семейного путешествия, вполне вероятно, что он вообще никогда не сможет принять окончательное решение. Его мозг будет бесконечно перебирать множество характеристик того или иного тура. Каждый элемент путешествия будет тщательно и рационально анализироваться. Пациент будет игнорировать эмоции негодования и раздражения других членов семьи. Поразительно, насколько нерациональное поведение может порождать чрезмерная рациональность!

Обычный человек, выбирая тур, руководствуется больше эмоциональным восприятием: красотой пейзажей, удобством, желанием оказаться в определенной культурной среде.

Таким образом, мы видим, что эмоциональные реакции оберегают нас от необдуманных поступков, позволяя предвосхитить разочарование.

Временное дисконтирование

Итак, мы выяснили, что в мозге работают структуры, оценивающие степень справедливости того или иного предложения. Часто наши решения попадают под спонтанное, эмоциональное влияние. То есть от наших эмоций зависит, как мы субъективно оцениваем величину вознаграждения.

В 2012 году исследователи из Медицинской школы Мэрилендского университета (Балтимор) обнаружили, что орбитофронтальная кора активируется в тех случаях, когда решение необходимо принять быстро. Если же оценка альтернатив была выполнена заранее (скажем, как в случае с нашими привычками), орбитофронтальная кора вообще не включается в работу.

Так стало понятно, что повреждение орбитофронтальной коры снижает способность оперировать предыдущим опытом во время принятия очень быстрых решений. Человек просто не способен оценить все последствия.

Оказалось, в таких ситуациях человек склоняется к более привычному поведению (либо к автоматическому), при этом выбирая тот вариант, который обещает наибольшее и скорейшее вознаграждение.

Полученные данные хорошо согласуются с таким понятием, как временное дисконтирование. В ходе экспериментов доказано, что людям свойственно занижать величину субъективной полезности вознаграждения, если оно сильно отложено во времени.

В то же время действует и обратная тенденция: мы склонны переоценивать значимость вознаграждения, если мы уверены, что получим его в ближайшее время. Нам нравится получать что-то здесь и прямо сейчас. Этим активно пользуются многие магазины, предлагая покупателям относительно дорогие товары в кредит или рассрочку.

В некоторых экспериментах испытуемым предлагали получить либо 10 долларов сейчас, либо 11 завтра. Люди, как правило, выбирали первый вариант. Но, если последствия принятого решения (вознаграждение) предлагалось отодвинуть на год, то есть 10 долларов человек мог получить ровно через год, а 11 – через год и один день, результаты получались прямо противоположные. Человек выбирал подождать год и день ради 11 долларов и пренебрегал дополнительным днем ожидания.

Таким образом, мы наблюдаем преобладание работы Системы 2, способной оценивать преимущества будущих вознаграждений над Системой 1, требующей немедленного поощрения.

Из этого следует еще один факт: принятие решений во время обработки информации Системой 1 и Системой 2 выстраивается на основе конкуренции различных областей мозга.

Социальная мораль при принятии мозгом решений

Многие из описанных выше ситуаций касались тех вариантов поведения, когда испытуемые действовали независимо, относительно автономно.

Однако в реальной жизни на человека воздействует множество факторов: люди, животные, климат и так далее. Каждый человек испытывает колоссальное влияние социума, на нас ежедневно обрушиваются тонны информации в виде рекламы, статей, постов друзей, видеоклипов, аудиосообщений.

Мы – социальные существа. И дефолт-система нам никогда не даст об этом забыть. Мы созданы для взаимодействия друг с другом, хоть и порой усиленно делаем вид, что не желаем этого. Даже люди, родившиеся в конце 1990-х, из так называемого поколения застрявших дома (stuck-at-home), все равно взаимодействуют с другими членами общества хотя бы посредством виртуального общения.

Мы всегда сравниваем полученную информацию с некоторыми устоявшимися нормами морали. Большинство из нас никогда не одобрит утверждение «убить человека – социально приемлемый поступок». Но вот если мы изменим контекст и заговорим об убийстве полицейским опасного преступника, наше суждение изменится. Такой поступок может быть оправдан или даже назван социально приемлемым.

Проводилось достаточно большое количество экспериментов, направленных на изучение моральных дилемм. В одном из них испытуемые должны были решить, на какой из двух путей они отправят трамвай. Либо он пойдет по обычному маршруту и тогда собьет пять зазевавшихся прохожих. Либо можно перевести стрелку и отправить трамвай на запасной путь, и тогда будет сбит один человек. В большинстве случаев испытуемые выбирали гибель одного человека.

Затем исследователи изменили условия эксперимента. Теперь каждому испытуемому сообщали, что он стоит на мосту рядом с крупным мужчиной, а внизу на пятерых человек мчится трамвай. Если испытуемый столкнет мужчину с моста, это остановит трамвай и спасет жизнь пятерым людям.

После эксперимента испытуемые сообщали, что пришли в ужас, когда осознали всю сложность ситуации: им нужно было самим убить человека. В отличие от предыдущего эксперимента, где испытуемый лишь управлял стрелкой (обезличенная дилемма), в этом случае он уже имел дело с последствиями собственных прямых действий (личная дилемма).

Исследования с фМРТ-сканированиями показали, что в случаях, когда испытуемым приходится решать личную дилемму, активируется цингулярная кора, связанная с эмоциональным восприятием ситуации. В ситуациях обезличенной дилеммы активнее работает дорсолатеральная префронтальная кора, ответственная за рациональные аспекты принятия решений.

Некоторые исследователи выдвигают идею, что эволюционно более древняя эмоциональная Система 1 отвечала за следование моральным, социально значимым табу. Именно эта система, скорее всего, и подтолкнула людей к созданию свода общественных законов. Система 2, возникшая значительно позднее, стала основой для морального утилитаризма и более циничных рассуждений о социальной нравственности. Именно эта система развязала не одну войну, создав страшные машины геноцида.

Важно заметить, что, зная специфику работы Систем 1 и 2, можно легко манипулировать массовым сознанием. Используя СМИ, несложно вносить изменения в баланс между утилитарным (цинично-прагматичным) и моральным (социально оправданным) мировоззрением людей.

Социальная конформность

Помимо решения социальных дилемм, психологи предлагали испытуемым участвовать и в других, не менее жестоких (в прямом смысле) экспериментах.

Один из самых знаменитых, эксперимент социального психолога Стэнли Милгрэма, был нацелен на изучение природы авторитета.

Испытуемому сообщалось, что в соседней комнате сидит человек, который должен заучить определенное количество слов. По условиям эксперимента испытуемому нужно было выполнять роль экзаменатора и в случае неверного ответа наказывать человека в комнате. Ученик выбирал ответ и нажимал на одну из кнопок. Ответ высвечивался на табло перед испытуемым, выполнявшим роль экзаменатора. В качестве наказания предлагалось несколько уровней напряжения электрического тока – от 15 до 450 вольт (В). Обратите внимание, что в наших розетках всего 220 В. А удар током с напряжением в 450 В приводит к летальному исходу. Всего на панели было 30 переключателей, и каждый последующий прибавлял по 15 В к предыдущему. Испытуемый, он же экзаменатор, начинал с 15 В и после каждого неверного ответа ученика переходил к переключателю с более высоким напряжением.

Рядом с «экзаменатором», находился сам экспериментатор в белом халате. Он контролировал ход эксперимента. Когда ученик, сидящий в другой комнате, умолял остановиться и не бить его больше током, ученый произносил одну из фраз, призывающих к продолжению. К примеру: «Совершенно необходимо, чтобы вы продолжили».

В этом, на самом деле страшном, эксперименте при подаче напряжения в 300 В ученик начинал стучать в стену, при этом переставая нажимать на кнопку с ответом. У испытуемого-экзаменатора была возможность остановиться. Некоторые в какой-то момент настойчиво отказывались участвовать дальше. Но таких было относительно немного.

А теперь результаты. Более половины (65 %) испытуемых готовы были нажать на переключатель «450 В» и, по сути, убить человека в соседней комнате.

Даже если вы уже слышали про этот эксперимент ранее и знаете, что роль ученика выполнял актер (он лишь имитировал ощущения от удара током, которого, к слову, и не было), просто задумайтесь над катастрофическим процентом. 65 % из нас способны на убийство при определенных обстоятельствах.

В этом эксперименте одним из ключевых факторов, как вы уже догадались, стало присутствие ученого в белом халате. Люди психологически не могли сопротивляться авторитету. Им нечего было противопоставить.

Вдумайтесь: нам свойственно просто подчиниться кому-то, кого мы считаем авторитетным. Такое явление называется социальным конформизмом. В широком смысле конформность – это способность изменить свое мнение под воздействием группы людей или какого-либо авторитета.

Многие наверняка попадали в ситуацию, когда ждешь, что светофор вот-вот загорится зеленым и можно будет перейти дорогу. Но кто-то чуть раньше ставит ногу на асфальт, и все тут же (так и не дождавшись зеленого сигнала) следуют его примеру. Это и есть проявление конформности.

Есть еще один эксперимент, обличающий все коварство человеческой конформности перед лицом авторитета.

В эксперименте психиатра Чарльза Хофлинга двадцати двум медсестрам во время дежурства звонил неизвестный доктор и сообщал, что им необходимо дать пациентам определенную дозу лекарства, которая значительно превышала предельно допустимую – по сути, приводила к летальному исходу. К счастью, лекарство оказалось сахарным сиропом, а врач был исследователем-социологом. Из всех медсестер лишь одна отказалась выполнять указания. 95 % медсестер готовы были ввести опасную дозу по указанию неизвестного врача! Вдумайтесь в эту цифру!

Из двух приведенных выше экспериментов следует еще одно важное предположение: сама по себе социальная конформность снимает с нас ощущение ответственности. Знаете, это как в детстве: виноваты во всем старшие братья и сестры или родители. Похоже, нам нравится творить всякие шалости и при этом не нести за них ответственность.

Есть множество других похожих экспериментов, в которых люди тоже демонстрировали свою склонность подчиняться мнению авторитета или группы.

Привлекательность лица

Различные эксперименты также показывают, что мы меняем наше мнение под воздействием группы лиц. К примеру, в комнате, где сидят несколько человек, экспериментатор спрашивает, какого цвета две пирамидки на столе. В группе лишь один человек является настоящим испытуемым, все остальные – подсадные утки. На столе одна пирамидка белого цвета, другая – черная. Подсадные утки спокойно отвечают, что обе пирамидки белые. Испытуемый – человек без каких-либо дефектов зрения или восприятия, – в общем-то понимая, что с ответами других людей что-то явно не так, повторяет за ними и сообщает, что обе пирамидки белые!

По окончании экспериментов испытуемые честно сознавались в том, что прекрасно видели различия в цветах пирамид, но не могли противиться мнению большинства!

Это и есть наглядный пример социального конформизма. С нейробиологической точки зрения это происходит по нескольким причинам:

1. Мы нуждаемся в одобрении окружающих.

2. Мы хотим во что бы то ни стало сохранить положительное представление о самих себе.

3. Мы хотим иметь собственное «Я».

Невозможно модифицировать поведение (то есть обучаться) без обратной связи от окружающих. Получая одобрение со стороны, мы закрепляем в нейронных связях удачные (оптимальные) модели поведения. Мы уже знаем, что наш мозг испытывает эмоции в зависимости от того, насколько совпал с нашими ожиданиями (превзошел или не оправдал их) тот или иной исход события.

Мы как бы постоянно предсказываем вознаграждение. Если мы его не получаем, то корректируем поведение.

Считается, что за результатом поведения активно следят цингулярная кора, стриатум и прилежащее ядро. Так вот, некоторые ученые предполагают, что когда мы ведем себя не так, как большинство, в нашем мозге возникает сигнал, схожий с тем, который появляется при ошибочном предсказании вознаграждения. Прилежащее ядро явно недовольно, когда вместо улыбок и одобрения мы получаем осуждающие взгляды.

Российский нейроэкономист Василий Андреевич Ключарев предположил, что конформность работает по тому же принципу, что и механизм обучения с социальным подкреплением. В таком случае по активности цингулярной коры и прилежащего ядра можно узнать, изменит человек свое мнение под действием авторитета (или группы людей) или нет.

Он создал элегантную экспериментальную парадигму, в которой студенткам предлагалось оценить привлекательность женских лиц. После того как студентка давала оценку, на экране появлялось мнение большинства. В действительности оценка генерировалась псевдослучайным образом (более высокая/ более низкая/совпадает с мнением испытуемой). В случае несовпадения оценок возникал конфликт мнений.

Через полчаса испытуемым вновь предлагали оценить те же самые фотографии, но уже в новом случайном порядке. Стоит отметить, что фотографий демонстрировалось достаточно много (несколько сотен). Запомнить оценки было практически невозможно.

Рис. 56. Вариант интерфейса программы для оценивания привлекательности лица

И что же в итоге?

Во второй раз испытуемые систематически меняли свои оценки в пользу мнения большинства! По всей видимости, это происходило полностью бессознательно.

Сканирование мозга испытуемых показало, что отличие (рассогласование) во мнениях приводило к активации центральной части поясной извилины. При этом наблюдалось подавление активности прилежащего ядра. Таким образом генерировался сигнал ошибки, и в мозге возникала программа, направленная на изменение мнения, чтобы оно больше соответствовало мнению большинства.

Результаты исследования говорят о том, что конформность – вариант автоматической реакции (как в случае с Системой 1). Вероятно, у такого феномена есть глубокий эволюционный смысл. Практически автоматическое подстраивание поведения под мнение большинства может быть оправдано тем, что группа моделирует реальность более адекватно, чем индивид. Также это позволяет избегать чрезмерных конфликтов и снижать количество агрессивных стычек внутри стаи. Нашим предкам нужен был вожак, которому другие члены стаи могли бы подчиняться. Автоматический механизм конформности это хорошо обеспечивал и обеспечивает до сих пор.

Рис. 57. Активация поясной извилины (белое пятно сверху) и подавление активности прилежащего ядра (белое пятно снизу) (по данным Klucharev et al., 2009)

Но в действительности он не всегда оправдан. Известны случаи, когда на одной территории встречается большое количество людей с лишним весом, и у них не формируется желания худеть. «А каков смысл?» – спрашивают они себя.

Вероятно, что этот же механизм может реализовываться в больницах и поликлиниках. Вполне себе здоровые люди, наблюдая за другими, действительно больными, могут начинать вести себя так же.

Получается, миллионы лет эволюции отбирали нас так, чтобы мы не отклонялись от оптимальной стратегии большинства. И по такой логике рациональное решение – следовать за большинством, а отклонение наказывается.

Но в современных реалиях нам необходимо создавать принципиально новые конструкции, продвигать уникальные идеи. Именно они ценятся. В таком случае эволюционно древний механизм социальной конформности явно играет против нашего общества индивидуалистов.

Нейромаркетинг

Нейромаркетинг можно рассматривать в составе нейроэкономики, а можно вынести за скобки как самостоятельную дисциплину. Это область знаний на стыке маркетинга (науки о продвижении товаров и услуг на рынке) и нейробиологии. Нейромаркетинг изучает, как мозг делает выбор, когда речь идет о покупках.

В более широком смысле нейромаркетинг можно определить как исследование потребительского поведения методами психологии и нейробиологии. При этом полученные знания применяют для выстраивания стратегий, способствующих росту продаж и повышению качества продукта или услуги.

Нейромаркетологов интересует, как все-таки заставить человека делать больше покупок. Как правило, частные компании всегда ориентированы на создание такого рекламного сообщения, которое провоцировало бы покупку либо конкретного товара, либо даже группы, линейки продуктов.

Прежде чем мы поговорим о том, как используются законы работы Системы 1 и Системы 2 в нейромаркетинге, важно сказать, что сегодня не существует способа воздействия на потребителя, который давал бы стопроцентную вероятность покупки рекламируемого товара или услуги. Но в некоторых отдельных кейсах нейромаркетологи достигли ошеломляющих результатов.

Титанический труд Системы 1

Долгое время серьезная наука не могла подступиться к изучению эмоций. Сложности были как у медиков и физиологов, так и у психологов. Эмоции считались чем-то низменным, животным, лишенным какого-либо разумного замысла. Экономика не брала в расчет эмоциональные реакции. Почему? Потому что их нельзя досконально просчитать. Они капризны, на основе их анализа практически невозможно построить сколько-нибудь реалистичные прогнозы. И вообще, экономистам казалось, что эмоции только мешают. Их и учитывать-то не следует. Так думали до работ Канемана.

Мы уже выяснили, что эмоции часто играют главенствующую роль в процессах принятия решений. По оценкам некоторых нейроэкономистов, более 90 % всех принятых решений приходят автоматически, эмоционально. Вдумайтесь в эту катастрофическую цифру!

Дело в том, что Система 1 старается сэкономить энергию и подобрать вариант решения попроще. Во всяком случае, сам мозг оценивает такое решение как более простое.

Кроме того, Система 1 стремится подводить нас к динамическим стереотипам (помните, мы уже говорили о них во второй части). Ее девиз можно сформулировать так: «Делай так же, как в прошлый раз!»

Короче говоря, эта система не очень-то помогает эволюционировать и двигать вперед научно-технический прогресс. Маркетологи давно осознали, что людям необходимо уметь продавать «инновации», в противном случае развитие как продукта, так и всего рынка застопорится.

Проблема «продажи инноваций» возникла относительно недавно. До XIX века технологии развивались медленно: во многих городах не было ни водопроводов (не берем в расчет такие экзотические строения, как акведуки), ни вечернего освещения, ни регулярного транспорта. Столетиями люди жили примерно так же, как и всегда; делали все так же, как и предыдущие поколения. Это было пиршество для Системы 1. И вот настал XX век с его бурно развивающимися технологиями. Некоторые современные мыслители говорят, что наш мозг попросту не приспособлен к столь быстрой смене среды и орудий труда. Вероятно, в этих суждениях есть рациональное зерно.

В итоге на рынке рекламы развернулась настоящая битва за внимание потенциальных потребителей товаров и услуг. Именно за внимание! Да-да, за ту самую пресловутую ориентировочную реакцию по Павлову. С нее все и начинается. Ее надо выдернуть из серой, будничной суеты физиологии мозга.

Реклама с каждым годом становится все более броской, яркой, вычурной, порой даже неадекватной.

Консерватизм и функциональность инновации

Понимая, что человек по своей природе парадоксален: с одной стороны – консервативен, но с другой – относительно хорошо реагирует на новизну, – маркетологи сделали ставки сразу на оба параметра. Давайте посмотрим, как это работает на примере продажи швейцарских часов. Неважно, Rolex это или Tag Heuer. Маркетологи понимали, что люди положительно реагируют на бренд с многолетней историей, но потенциальных покупателей надо чем-то и удивлять.

Нейромаркетинг пришел к следующей конструкции: инновацию всегда нужно подавать под соусом идеи, которая уже всем знакома.

Представим, что смартфоны будущего смогут обзавестись проекционными голографическими экранами (выводящими изображение прямо в воздух). С одной стороны, это будет инновацией (да еще какой!), с другой – люди будут понимать, что это такое. Многие видели подобную технологию в фантастических фильмах и сериалах.

Маркетинговая кампания устройств с голографическими экранами станет относительно успешной, если правильно продемонстрировать функциональность инновации.

Ошибка с демонстрацией функциональности инновации произошла с несколькими технологическими компаниями, которые в 2015–2016 годах вывели на рынок относительно небольшие смартфоны с разрешением дисплеев 4К (3840 x 2160 точек и выше). Разрешение 2К (1920 x 1080) уже приводит к тому, что потребитель не различает отдельных пикселей (точек, из которых складывается изображение). Для нашей зрительной системы нет особой разницы в качестве дисплея 2К и 4К, зато система принятия решений замечает существенную разницу в цене.

Компании не смогли обосновать инновационный дисплей, поэтому бурных продаж этих продуктов не наблюдалось.

Кстати, вероятно, именно поэтому такие гиганты, как Apple и Samsung, до сих пор даже в топовые устройства не спешат встраивать дисплеи с разрешением 4К.

Как рождаются инновации и как маркетологи приучают к ним наш мозг

В книге про Систему 1 Джон Кирэн описывает историю успеха компании Uber. В пример он приводит практику, которая сложилась в 1990-е годы. Тогда было популярным ловить попутки. Человек выходит к дороге и, протягивая руку, останавливает машину.

Далее пассажир и водитель обсуждают маршрут и адрес, а также договариваются о цене. Сейчас многим это кажется странным, но тогда это было в порядке вещей.

Создатели Uber не стали изобретать ничего принципиально нового. Они взяли то, что было знакомо и понятно мозгу, и просто все структурировали. Руководители Uber использовали рабочую схему: наняли водителей с машинами.

А далее они сделали две элегантные вещи. Во-первых, взяли привычные для сервиса такси термины и названия услуг. Во-вторых, появилось приложение с такой функцией, как GPS-навигация. Это дало потребителю ощущение контроля над ситуацией. Кроме того, были введены и рейтинги для водителей, чтобы клиент уж точно чувствовал себя властелином сервиса. И что мы получили в итоге? Невероятный спрос на правильно обоснованную функциональность инновации!

Почему опросы бессмысленны

Есть одна удивительная вещь: зачастую мы вообще не понимаем, почему делаем тот или иной выбор. Когда покупателей опрашивают, с целью выяснить, почему они купили какой-то товар или предпочли определенный бренд, их ответы обычно надуманны. По крайней мере так считают многие специалисты в области нейромаркетинга.

В 1950–60-х годах Бенджамин Либет провел серию экспериментов. Их суть сводилась к тому, что по активности двух датчиков (один – на голове, другой – на руке) ученый определил точный момент, когда мозг принимает решение. Испытуемый смотрел на циферблат с перемещающейся зеленой точкой и затем сообщал исследователям момент, когда решил пошевелить рукой (и потом, естественно, ею двигал).

Логично предположить, что сначала человек должен принять осознанное решение, а затем его мозг отправит команду, итогом которой и станет движение. Механизм двигательного акта мы подробно разобрали в предыдущей части.

Так вот, в экспериментах все получалось совсем наоборот: мозг отправлял команду до принятия сознательного решения.

Точнее, мозг сам принимал решение и отдавал команду (сознание в этот момент было еще не в курсе!), и лишь через какое-то время испытуемый как бы осознавал принятое решение. Между реакцией мозга и осознанием решения проходило около половины секунды.

В 2008 году в Институте Макса Планка данные, полученные Либетом, были подтверждены с помощью методов фМРТ. Испытуемых просили нажимать на одну из двух кнопок (правую или левую). В центре экрана появлялся поток постоянно сменяющихся букв. В какой-то момент (когда участники эксперимента испытывали внутреннее желание) они должны были на свое усмотрение нажать любую из двух кнопок. Одновременно с этим испытуемым необходимо было запомнить букву, которую они увидели, когда приняли сознательное решение нажать на кнопку.

Результаты оказались поистине ошеломляющими. Мозг делал выбор уже за 7–8 секунд до того, как человек приходил к осознанному решению!

Но это еще не все. По активности мозга исследователям удавалось предсказать, какой именно рукой будет шевелить человек!

В одном из экспериментов испытуемым предлагали решить головоломку. Так вот, они решали ее за те же 8 секунд до того, как осознавали решение.

Роджер Дули в книге пишет, что исследования маркетологов, основанные на самоотчетах опрашиваемых людей, обречены на провал. Покупатели обычно не понимают или не могут объяснить, почему на самом деле они приобрели тот или иной товар! Их объяснения – лишь рационализация неосознанного выбора.

Сознательное предпочтение дает сбой

Однако мало того, что люди не могут объяснить, свой выбор, – они даже не знают, какой именно товар нравится их мозгу на самом деле.

Учитывая это, нейроученые решили полагаться не на ответы респондентов, а на активность их мозга. Оценивалась работа мозга в момент выбора музыкальных клипов (нравится/не нравится).

Интересно, что для исследования изначально отбирались малоизвестные клипы. Для того чтобы понять, нравится или не нравится испытуемому клип, оценивалась активность прилежащего ядра. Спустя пять лет исследователи вновь изучили данные об активности мозга испытуемых, и оказалось, что те клипы, которые стали популярными, вызывали большую активность именно прилежащего ядра.

Важно отметить, что испытуемые во многих случаях не оценивали увиденные клипы как интересные для себя. Но их мозг все равно бессознательно оценивал их положительно.

В других исследованиях, где ученые пробовали предсказать, какой вариант предпочтет испытуемый, с удачным выбором коррелировала активность не только прилежащего ядра, но и медиальной префронтальной коры.

Таким образом, нейромаркетологи обзавелись как минимум двумя относительно надежными областями мозга, позволяющими сделать достаточно точные прогнозы относительно будущей успешности того или иного продукта.

8 часов в день,

5 дней в неделю,

4 года и 42 недели

10 000 часов на службе у Системы 1

В замечательной книге «Гении и аутсайдеры» Малкольм Гладуэлл разрушает мнение о том, что гением необходимо обязательно родиться. Гладуэлл заявляет, что каждый человек может стать настоящим гуру в своем деле, если потратит на него 10 000 часов.

В качестве доказательства Гладуэлл привел исследования психолога Андерса Эрикссона.

Изучая биографии талантливых музыкантов, тот пришел к выводу, что многие из них стали заниматься еще в возрасте пяти лет. Те из них, кто достиг действительно значительных успехов к двадцати годам, имели в общей сложности около 10 000 часов практики.

У середнячков накопилось от 6000 до 8000 часов. Музыканты, занимавшиеся в общей сложности менее 5000 часов, не смогли продемонстрировать сколько-нибудь значительных успехов.

Это хорошо согласуется с физиологическим принципом пластичной специализации коры. Мы с вами уже знаем, что, если в тот или иной участок коры подводить определенные проводящие пути (от зрения или слуха), в конечном счете он будет специализироваться на восприятии стимулов именно данного типа. Благодаря пластичности мозг способен серьезно перестраивать не только контакты между отдельными клетками, но и целые обширные области. Он как бы специализирует их, затачивая под выполнение определенной функции. Это называется принципом специализации коры.

Исследования произвольного (целенаправленного) внимания показали, что во время выработки навыка важно не только количество отведенных часов, но и качество самих занятий. К примеру, испытуемым предлагали играть на фортепиано и в это же время читать интересные статьи в журналах и газетах. Так вот, даже после 100 часов практики никаких значимых улучшений в качестве исполнения композиций не наблюдалось. Испытуемые оставались примерно на том же уровне.

Это навело исследователей на мысль, что во время освоения нового навыка затрачиваются значительные ресурсы внимания. Мозг работает будто одноканальная система.

По этой причине нет смысла одновременно разучивать два новых навыка. Если необходимо выполнить сложный проект, лучше разбить его на отдельные этапы и последовательно разбираться с каждым из них.

Здесь есть один важный момент. Система 1 учится на собственном опыте. Ее задача – набрать как можно больше вариантов реагирования, чтобы быстро среагировать в патовой ситуации. Так гроссмейстер знает, куда нужно передвинуть фигуру, практически на бессознательном уровне, хирург тоже практически автоматически понимает, под каким углом вести скальпель. И все это благодаря опыту.

Эмоции, или Болезненные рекламные предложения

По сути, эмоции открывают доступ к Системе 1. Помещая в рекламное видео- или фотосообщение лицо красивого ребенка, маркетологи используют тот факт, что мы склонны считать детей милыми. В результате мы бессознательно начинаем больше доверять рекламе. С помощью методов айтрекинга (eye tracking), когда датчик следит за взглядом покупателя, удается создавать весьма прицельно ориентированные рекламные сообщения. Установив, что человек задерживает взгляд на тех или иных предметах, можно комбинировать их вместе так, чтобы сделать фото наиболее привлекательным.

Безусловно, принятие решений о покупке также будет контролироваться структурами, открытыми в результате нейроэкономических исследований. Все мы имеем некоторое понятие о справедливой (адекватной) цене. К примеру, мы понимаем, что настоящие швейцарские часы прославленного бренда не могут стоить дешево. Теоретически мы также готовы заплатить деньги, сопоставимые со стоимостью дома, за автомобиль какой-нибудь известной немецкой или японской марки. Наш мозг подходит к вопросу стратегически, оценивая много параметров, в том числе качество и долговечность изделия.

Более того, особую роль при оценке справедливости цены имеет контекст, в котором нам предложен товар. Высокая цена на кофе в приличной кофейне, с хорошим сервисом и уютной атмосферой, считается справедливой и оправданной. Но, если такой же кофе (сопоставимый по качеству) покупатель захочет купить в забегаловке у автобусной остановки, справедливой будет считаться уже более низкая цена. Важно, что качество товара при этом не меняется.

Так, в ряде фМРТ-исследований, проведенных под руководством Джорджа Левенштейна, было установлено, что, если покупатель считает цену на товар несправедливой, у него активируются не только структуры островковой коры, амигдалы, префронтальной коры, но и области, связанные с ощущением физической боли. Конечно, это не боль в прямом смысле – как от физического раздражителя. Человек испытает внутреннее ощущение дискомфорта (условной психологической боли).

Этими научными данными умело распорядились кредитно-финансовые организации. Стало понятно, что кредитная карта избавляет человека от чувства социальной боли (в том числе связанной с несправедливой ценой) при совершении покупки. Используя наличные, люди ведут себя намного осторожнее, и их негодование при виде несправедливой цены, вероятно, тоже выше.

Возможно, именно по этой причине банки столь активно предлагают как кредитные, так и дебетовые карты для совершения покупок безналичным способом. Здесь выигрывают все игроки рынка: и банки, берущие плату за обслуживание карт, и розничные сети, сбывающие товары относительно быстро. Иными словами, задача рынка – заставить деньги двигаться, работать. И методики нейромаркетинга способствуют этому. Но маркетологи предполагали подобное и до фМРТ-исследований. Они лишь подтвердили гипотезы. А что именно нейромаркетинг привнес нового?

Знания о боли, которая возникает при покупке, позволили изменить стратегию продаж, сделав ее научно обоснованной.

К примеру, выяснилось, что люди действительно испытывают более интенсивное чувство боли и внутреннего раздражения, когда им приходится видеть, за какую порцию товара (или часть услуги) они платят.

Многие помнят, что, когда сотовая связь только появилась, операторы в тарифной сетке указывали стоимость одной минуты. Человек четко понимал, что очередная минута стоит столько-то копеек, а то и рублей.

То же самое было с интернет-провайдерами. Люди покупали карточки, с которых списывались деньги за час подключения к глобальной сети.

В итоге провайдеры, как и операторы связи, постепенно стали переходить от минутной (часовой) тарификации к абонентской плате.

Также поступили сети быстрого питания. Для мозга платить отдельно за каждую булочку более болезненно, чем отдать общую сумму за комплексный обед. Так расцвели рекламные посты с предложением всевозможных «комбо».

Компания Netflix шокировала всех, одной из первых применив принцип «оплатите раз и смотрите, сколько хотите». Такую же стратегию мы видим у iTunes и ряда других крупных сервисов. Интересно, что, по подсчетам экономистов, итоговая цена часто оказывается выше, чем та сумма, которую покупатель потратил бы за отдельные музыкальные композиции или взятые в прокат фильмы. Но, вероятно, мозгу нравится идея заплатить один раз и получить потенциально бесконечное количество услуг за небольшую фиксированную периодическую плату.

Выводов тут два: оплатить единожды проще; когда все включено – меньше боли.

Таким образом, продавцам необходимо уменьшить количество потенциальных болевых стимулов, связанных с тратами. Нужны емкие содержательные предложения с ощущением неограниченного доступа к ресурсам (как, скажем, в случае со шведским столом). Да, несомненно, это элемент манипуляции, но если он позволяет нам, потребителям, чувствовать себя комфортнее, почему бы не переплатить за собственное спокойствие?

Мысли о деньгах определяют наше поведение

Исследователи сразу из нескольких университетов США и Канады попросили студентов выполнять задания рядом с монитором компьютера. У одной части студентов на заставке монитора были изображения купюр и монет, у другой – нейтральный пейзаж.

Оказалось, что студенты, наблюдавшие на экране деньги, стали проявлять более эгоистичные формы поведения. Они на 70 % дольше раздумывали, прежде чем кого-то попросить о помощи (при решении трудного задания). Также они предпочитали дистанцироваться от остальных и больше времени проводили в одиночестве. Даже в перерывах между заданиями, когда студенты могли просто поболтать о жизни, испытуемые с купюрами на заставках отсаживались дальше друг от друга.

Исследователи пришли к выводу, что даже намеки на деньги меняют мышление людей. Люди не хотят зависеть от других, а также стараются сделать так, чтобы и другие не зависели от них.

Есть предположение, что чем состоятельнее становится человек, тем сильнее он старается дистанцироваться от других – по крайней мере от тех, кого считает менее обеспеченными. Таким образом, вполне понятно, почему самые богатые люди планеты достаточно сильно изолированы от остального социума.

Выбор из одинаковых альтернатив раздражает мозг

Агенты по подбору недвижимости знают немало ухищрений. Обычно эти люди вступают в долгие переговоры либо с собственниками жилья, либо с потенциальными покупателями.

Зачастую мозгу неподготовленного покупателя недвижимости сложно оценить привлекательность варианта. Вроде и планировка квартир похожая, и находятся они в хороших районах. Мудрые агенты знают, что сравнение – это эффективный механизм, позволяющий подтолкнуть покупателя к более быстрой покупке.

Благодардя фМРТ-исследованиям доказано, что необходимость выбора между двумя примерно одинаковыми вариантами вызывает в мозге раздражение. Но стоит «подсунуть» один менее привлекательный вариант, и принять решение становится проще и даже приятнее.

Может ли нейромаркетинг влиять на сознание покупателя?

В своем исследовании А. Прэдип с коллегами изучали, как лучше для мозга потребителя представить йогурт в рекламе.

Многие из нас наверняка неоднократно видели аппетитную рекламу какого-нибудь свежего густого йогурта, в который откуда-то (чуть ли не с небес) сваливаются сочные ягоды или фрукты. Даже читая эту фразу, кто-то уже успел ощутить характерный кисломолочный вкус во рту.

Так вот, исследователей интересовало, какое именно действие, связанное с поеданием йогурта, вызывает нужный отклик в мозге.

Обычно человек видит упаковку с йогуртом, берет ее в руки, открывает, погружает в нее ложку и перемешивает содержимое, затем нюхает йогурт, ест первую ложку и так далее.

Как вы думаете, какое из этих действий сильнее всего воздействует на мозг?

Большинство опрошенных отвечали, что сильнее всего на их мозг воздействует этап с погружением ложки и перемешиванием йогурта. Но когда была исследована активность мозга, выяснилось, что наибольший отклик вызывает процесс удаления фольги с верхней части йогурта. Вероятно, в этот момент дофаминовая система (ожидания награды) уже успевает включиться в работу и заставляет покупателя предвосхищать удовольствие.

Именно понимание подобных нюансов позволяет нейромаркетологам создавать наиболее привлекательные (в некотором смысле даже манипулятивные) рекламные сообщения.

Предсказательная сила нейромаркетинга

Гормон окситоцин – уникальное вещество, которое отвечает за чувство глубочайшей привязанности, нежности и любви. И именно окситоцин стал мишенью нейромаркетологов. Ученые предположили, что, получив дозу окситоцина, мы становимся более щедрыми и готовы оставлять больше денег в магазинах и на ярмарках-распродажах. Проверкой этой гипотезы и занялись маркетологи, но так, чтобы никто ничего не заподозрил.

В 2007 году было опубликовано исследование, согласно которому обнаружилось, что люди, получившие дозу окситоцина, в экономических ситуациях проявляют на 80 % больше щедрости, чем люди, получившие плацебо.

То есть, к примеру, вы приходите в магазин и вам предлагают товар по явно завышенной цене. Но если вам, скажем, распылили в нос дозу окситоцина, доверие к продавцу увеличится и вы спокойно сможете выложить ту сумму, которую он скажет. Приблизительно так это и работает.

Это исследование наделало много шума в кругах специалистов по продажам. Предрекали, что в торговых центрах начнут распылять окситоцин, чтобы покупатели больше доверяли продавцам и сметали весь товар с полок. Судя по ажиотажу в московских торговых центрах, возможно, кто-то все-таки начал это делать.

Нейроэкономист Пол Зак утверждает, что для повышения уровня окситоцина нужно обниматься по восемь раз в день. Это может сделать вас дружелюбнее и счастливее.

Также окситоцин усиливает чувство любви у женщин по отношению к своим детям. Мамы с высоким уровнем окситоцина уделяют много внимания детям, целуют и обнимают их, гладят по голове, говорят ласковые слова. Известно также, что уровень окситоцина позволяет создавать крепкие дружественные союзы между людьми.

Таким образом, высокий уровень окситоцина повышает уровень доверия у друзей, укрепляя их дружбу. А также может заставить нас покупать в супермаркетах больше. Предполагают, что при повышении уровня окситоцина в зоне рядом с продавцом, у покупателя как бы повышается чувство привязанности к продавцу, потому что уровень доверия также становится выше.

Несомненно, многим покажется неэтичным использование окситоцина для манипулирования покупателями. Неэтично и описывать такие сложные вещи, как дружба и любовь матери к ребенку, исключительно с позиций конкретных гормонов. В то же время так мы расширяем наши представления о регуляции сложных форм поведения. Более того, мы можем осознанно управлять нашим поведением. Например, перед важной покупкой, дайте себе установку: после всех предложений продавца обязательно выйти на свежий воздух, прогуляться, позвонить знакомым или родственникам, посоветоваться с ними. Так вы сможете избежать окситоциновой манипуляции (если такая будет иметь место) и сделаете правильный выбор. Или же вовсе откажетесь от ненужной покупки.

Молекулы запаха меняют поведение

Важно отметить, что на самом деле на покупку может влиять не только окситоцин но и, например, некоторые запахи. Так, известно, что ваниль способна стимулировать нашу покупательскую способность.

В 2004 году американцы Линда Бак и Ричард Аксель получили Нобелевскую премию, доказав, что обонятельная система человека устроена намного сложнее, чем считалось до тех пор.

В верхней части носовой полости расположены клетки, образующие обонятельный эпителий. Каждая содержит рецепторы только одного определенного вида. Рецептор на поверхности такой клетки образует карман для связывания молекулы одоранта (химического вещества, обладающего запахом). Рецептор-карман похож на своеобразную молекулярную ловушку. Как вы понимаете, каждая подобная ловушка захватывает свою молекулу того или иного запаха. Некоторые запахи имеют схожую трехмерную структуру молекул, поэтому ловушка захватывает несколько сходных запахов.

Рис. 58. Механизм восприятия различных ароматов

Л. Бак и Р. Аксель также обнаружили, что молекулы аромата могут активировать несколько рецепторов-ловушек, создавая как бы матрицу (слепок) того или иного запаха. Считается, что мы можем различать и запоминать около десяти тысяч запахов, но пока исследователи относятся к этой цифре с осторожностью. Точное количество запахов, которые способен отличить человек, сегодня неизвестно.

Также удалось выяснить, что информация о запахе из обонятельной луковицы попадает в структуры лимбической системы. Обонятельная кора входит в один из кругов этой системы – круг Пейпеца, тесно взаимодействует с гиппокампом, цингулярной корой и гипоталамусом. Так стало ясно, что запахи могут влиять не только на эмоции человека, но и на его поведение.

Вероятно, этим объясняется расслабляющее (или, напротив, возбуждающее) действие того или иного запаха. Кстати, часто лимбическую систему называют обонятельным мозгом.

Полагают, что часть неосознаваемых нами запахов воздействует напрямую на лимбическую систему в обход работы коры. Из-за этого мы можем испытывать влечение к половым партнерам или даже проявлять агрессивное поведение.

Компании же стараются использовать запахи для того, чтобы создать условно-рефлекторные ассоциации со своим продуктом. К примеру, характерный, почти «ядерный», парфюмерный аромат у многих ассоциируется с крупными игроками на рынке косметики. Запах зеленого чая с оттенками трав характерен для чайных лавок. А визитная карточка многих цветочных магазинов – ароматы лилий и гиацинтов. Вспомните свежий цветочный аромат. И сразу же в мозге нарисуется картинка цветочного магазина!

Мы с вами выяснили, что человек любит получать вознаграждение сейчас, а не ожидать его через промежуток времени. Также мы увидели, что многие решения (большинство решений!) мы принимаем под воздействием эмоций.

С помощью методов нейроэкономики стало возможным предсказывать, какое решение примет человек. Сейчас по активности прилежащего ядра можно даже с достаточно высокой вероятностью определить, какой вес наберет человек в ближайшие несколько месяцев. Нейромаркетинг поставил себе на службу знания из нейроэкономики. Появились инструменты дополнительного воздействия на покупательскую способность.

Помните, что нейромаркетинг – это не средство «втюхивания» товара любыми способами, а набор приемов, которые продавцы могут использовать в работе с клиентами. Причем эти приемы направлены на лучшее понимание мышления покупателя и выработку более качественного обслуживания. Вот к чему должна стремиться каждая уважающая себя компания.

Понимание других людей

Мы уже выяснили, что за «прокручивание» наших социальных взаимодействий в мозге отвечает дефолт-система. Разбирая устройство этой и других нейросетей, мы увидели, что на обеспечение сложных социальных функций работают структуры сразу всех этажей мозга, но преимущественно второго и третьего. При этом определенная структура выполняет роль переключателя или своеобразного командного интегративного центра.

Структуры второго этажа выполняют функции попроще. Амигдала, отвечая за эмоции страха, оценивает, насколько безопасно общаться с тем или иным человеком; островковая кора подсказывает, справедливо ли с нами поступают. Гиппокамп помогает переваривать, запоминать или, напротив, отбрасывать новую информацию о человеке.

В свою очередь структуры третьего этажа (новая кора) берут на себя обобщающую и направляющую функции. К примеру, медиальная префронтальная кора собирает информацию о том, какие эмоции мы сами испытываем и какие могут испытывать другие люди.

Дорсолатеральная часть префронтальной коры анализирует информацию о социальной справедливости. Вспомните, что происходило в ходе экспериментов, когда ее отключали. Есть исследования, которые показали, что нарушения в работе дорсолатеральной коры приводят к тому, что человек перестает делать что-то полезное для других. Грубо говоря, у него пропадают альтруистические мотивы.

Медиальная кора входит в состав ДСМ, она же активно обменивается информацией с дорсолатеральной корой. Мы не просто понимаем эмоции людей, но и способны идти на уступки, либо делать что-то во имя других. Вспомните легенду о Данко из рассказа Максима Горького «Старуха Изергиль». Там совсем еще юный Данко альтруистично вырвал свое пылающее сердце и освещал им путь для других людей.

Это, конечно, гипертрофированный пример, литературный прием. Вернемся к реальной жизни: есть ли в мозге специальная система эмпатии, которая может подтолкнуть нас к подобному поступку?

Отчасти ответ на этот вопрос заложен в механизме работы системы зеркальных нейронов.

Действительно ли зеркальные нейроны отвечают за эмпатию?

Сейчас очень модно говорить о зеркальных нейронах (ЗН) и объяснять ими все на свете. Но давайте посмотрим, как обстоят дела в действительности. Напомню, зеркальные нейроны – те клетки, которые включались в работу, когда обезьяна наблюдала за действиями другой обезьяны (или человека).

Позднее выяснилось, что сами ЗН бывают разными. Условно можно выделить группу ЗН, которые обладают строгим соответствием в работе, то есть они активны и когда животное само выполняет действие, и когда оно просто наблюдает за выполнением этого же действия.

ЗН второй группы называют нейронами общего соответствия. Они работают, когда действия имеют схожую цель. К примеру, нужно взять йогурт из холодильника. Вы можете это сделать правой рукой или левой, захватить обеими руками или аккуратно поддеть за крышку двумя пальцами. Во всех случаях у наблюдающего за вами будут активны зеркальные нейроны общего соответствия, поскольку цель у вас одна и та же.

Также было установлено, что ЗН животных могут распознать цель двигательного акта. В эксперименте животные в одном случае наблюдали за двигательным актом от его начала и до конца, а в другом – окончание акта спрятали за экраном-ширмой.

Так вот, ЗН работали и в том и в другом случае. Они как бы помогали животному «додумать» конечный результат.

У человека зеркальные нейроны нашли как в префронтальной, так и в теменной коре. Оказалось, они выполняют ту же функцию, что и у обезьян.

Сегодня полагают, что ЗН могли серьезно ускорить эволюцию человеческой цивилизации. Известно, что зеркальные нейроны поля 46 (префронтальная кора) запоминают и комбинируют последовательности движений по новому шаблону. К примеру, вы пришли танцевать. Вам говорят: «Сегодня разучиваем новый танец». Вот тут поле 46 и вступает в работу.

Наш мозг мало отличается от мозга древнейших людей, но сегодня мы способны загружать в него уже совсем другие двигательные программы. И одной из основных форм обучения является имитация (подражание). Имитируя движения других людей, мы разучиваем сложные формы активности (культурной, социальной и других).

Но имитация позволяет нам не только «расшифровать» и разучить движения других, но и подстроиться под них. Многие непроизвольно повторяют мимику, некоторые движения, жесты других людей. Мы даже можем копировать эмоции, то есть сопереживаем. Так мы проявляем эмпатию.

Нейроны, связанные с сопереживанием, расположены в височной коре и амигдале (здесь мы с вами установили еще одну функцию этого суперъядра мозга). Эволюционно такое поведение весьма разумно. В случае надвигающейся опасности хорошо, чтобы у всей стаи были одни и те же эмоции и действия: испугался – беги.

В ходе экспериментов известного невролога Вилейанура Рамачандрана и других ученых было доказано, что, когда испытуемые наблюдали за тем, как кому-то причиняют боль, в их мозге активировались зеркальные нейроны цингулярной коры. А это структура лимбической системы. Так выяснилось, что ЗН находятся на разных этажах мозга.

Но в действительности с зеркальными нейронами, которые обеспечивают механизмы эмпатии, не все так просто. В некоторых исследованиях выяснилось, что зеркальные нейроны не бездумно реагируют на эмоцию или действие, а просеивают информацию через весь предыдущий полученный опыт.

Таня Сингер и ее коллеги обнаружили, что зеркальные нейроны способны участвовать в обеспечении такой эмоции, как злорадство. Испытуемые наблюдали, как ударом электрического тока наказывают человека, который им не особо нравится в реальной жизни. И, вместо классической активации зеркальные нейроны в центрах отражения боли (в цингулярной коре), наоборот, получили сниженный вариант активности.

Более того, у испытуемых наблюдалось повышение активности в структурах системы вознаграждения! Они оказались рады тому, что человека наказывают. По сути, мысленно мстили или злорадствовали.

Получается, на активность зеркальных нейронов влияет предыдущий опыт и отношение к тем людям, которых мы пытаемся «зеркалить».

Известно, что шестимесячные дети еще не могут «отзеркаливать» сложные движения взрослых, тогда как дети одного года и старше способны это делать. Несомненно, они лучше реагируют на движения родителей. Становится понятно, что зеркальные нейроны, во-первых, начинают работать в полную силу не сразу после рождения, а во-вторых, их работа сильно определяется социальным контекстом.

Это также объясняет, почему представители народов, культура которых побуждает детей выполнять много совместных действий с другими детьми и взрослыми, более социально открыты и эмпатичны, по сравнению с людьми, чье традиционное воспитание предполагает бо́льшую социальную изоляцию.

В настоящий момент есть данные, что восприятие некоторых форм движения возможно и без участия зеркальных нейронов. И даже понимание действия другого человека не всегда затрагивает их работу. Тем не менее многие данные подтверждают идеи, изложенные выше.

Таким образом, окончательная точка в исследованиях механизма работы удивительных зеркальных нейронов еще не поставлена. Ясно одно: понимание принципов работы такой серьезной и социально значимой эмоции, как эмпатия, позволит пролить свет на природу альтруизма, человеческой кооперации и коллективного мышления. А это в будущем может серьезным образом изменить как парадигмы мышления, так и структуру социальных отношений.

АСМР и зеркальные нейроны

В последние годы популярен такой феномен, как АСМР. Видеоролики на YouTube, в которых девушки и юноши что-то нашептывают в микрофон, набирают многомиллионные просмотры.

АСМР – автономная сенсорная меридиональная реакция. Проще – такое восприятие стимулов (слуховых, зрительных, тактильных), которое характеризуется ощущением мурашек на теле, покалыванием в области головы и затылка.

Представьте: вы пришли в парикмахерскую к любимому мастеру. И он или она начинает аккуратно водить расческой по волосам. В этот момент многие невольно испытывают ощущение мурашек, пробегающих по спине.

Нечто подобное с нами происходит, когда мы просматриваем АСМР-ролики, на которых люди говорят в микрофон приятным успокаивающим голосом, иногда даже шепотом. АСМР-артисты могут шелестеть бумагой, аккуратно стучать кончиками пальцев по картонным коробкам и даже открывать упаковку конфет прямо перед камерой. В общем, они делают все, что может принести человеку радостные ощущения и успокоение. По крайней мере, так делают большинство из них.

Дошло до того, что об АСМР стали рассказывать в популярных зарубежных ток-шоу. Пришло время и нам выяснить, откуда такая популярность у подобных видео и чем они так цепляют людей?

На самом деле во всем этом «безобразии» есть две ключевые идеи. Первая заключается в том, что нам нравится наблюдать за действиями людей, которые как будто обращены к нам лично. Подумайте: приятно ведь сходить на хороший массаж, заглянуть к парикмахеру, посетить спа-процедуры.

Во всех этих случаях нам любимым уделяют время и внимание.

А здесь с помощью тех же зеркальных нейронов мы можем следить за действиями АСМР-артиста и ощущать, будто они направлены на нас, просто наблюдая его на мониторе компьютера или экране смартфона. Зеркальные нейроны и другие системы отображения превосходно отыгрывают свою партию в этом процессе.

Но есть и еще кое-что важное, предопределенное нашим ранним опытом. Многие, просматривая подобные видео, могут неосознанно испытывать те же чувства, что они переживали в моменты, когда мама или кто-то еще из взрослых укладывали их спать.

АСМР как бы отправляет нас в детство, туда, где было хорошо, спокойно и уютно (если было, конечно). Кстати, вероятно, этим отчасти объясняется и тот факт, что АСМР действует не на всех. Не у каждого в детстве могли быть подобные переживания. Также существенную роль играют тип нервной системы и индивидуальный опыт.

Несмотря на то что сегодня пока нет научно обоснованного объяснения феномена АСМР, исследователи уже начинают постепенно задумываться об фМРТ-сканированиях мозга людей, подсаженных на просмотр подобных «расслабляющих» видео.

И тут на свет выходит вторая идея, касающаяся того, почему АСМР-видео так популярны. Общество технологий построило конструкцию социальной изоляции. Да, многие из нас словно стали жителями разных планет. Иногда люди, проживающие в одном доме, предпочитают переписку в мессенджерах общению друг с другом (даже если нужно всего лишь спуститься или подняться на этаж!). И таких примеров масса.

В 2018 году исследователи из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) представили грандиозный отчет, изучив более 200 тысяч человек из 31 европейской страны. Выяснилось, что с каждым годом в мире становится все больше одиноких людей.

Общая тенденция такова: люди все в более позднем возрасте вступают в брак и все больше ценят личную свободу. Причем те, что живут не в браке, считают себя счастливыми, а эта самая личная свобода является неотъемлемым компонентом их полноценной жизни.

И все было бы здорово, но тут мы вновь должны вспомнить, что люди – существа социальные. И психически здоровому человеку необходим близкий эмоциональный контакт. Также важны телесные прикосновения и объятия с человеком, с которым нас связывают длительные отношения. Они приводят к увеличению уровня окситоцина и, как следствие, снятию стресса.

Но поскольку такого рода контактов у многих людей становится все меньше, они и стараются каким-то образом компенсировать их нехватку. И одним из способов становится АСМР.

Через какое-то время образ АСМР-артиста вообще может встроиться в дефолт-систему мозга и стать частью виртуального социума, живущего в голове человека.

К чему приведут подобные социальные явления, можно только гадать. Но уже сейчас ясно одно: социальная изоляция усилится, индивидуализация начнет нарастать. Скорее всего, в ближайшем будущем во многих странах будет пересмотрен институт брака и классической семьи. А еще через некоторое время на смену живым людям в качестве спутников жизни вообще могут прийти роботы. Уже несколько компаний как в США, так и в Японии активно разрабатывают роботов-андроидов, обладающих многими свойствами живого человека. Такой робот разговаривает и даже разучивает новые слова, он способен демонстрировать эмоции, инициировать диалог. С некоторыми роботами можно даже вступить в интимную связь.

Так мы оказываемся в поле принципиально новых этических проблем.

Информационные потоки

Одна из главных проблем постиндустриальной эпохи – информация, а точнее – перегруженность ею. Информации так много, и зачастую она невероятно разномастная, противоречивая, пугающая, раздражающая, повергающая в уныние или, наоборот, вселяющая надежду.

Иногда кажется, что современный мир в буквальном смысле пропитан информацией. И мы не будем говорить о миллиардах частиц, пролетающих ежесекундно сквозь наши тела. Каждая из них теоретически несет информацию. Нет, речь о радиосигналах, окружающих нас и наши жилища.

И все это произошло лишь потому, что так устроен наш мозг. Да, мы сами виноваты в том, что сделались настолько невосприимчивыми к информации. Мы перенасытили себя ею. Мозгу нужно получать информацию постоянно. Это стало известно после экспериментов с камерами сенсорной депривации.

В 1954 году нейрофизиолог Джон Лилли использовал в эксперименте камеру сенсорной депривации. Испытуемых укладывали в ванну, окруженную звуко- и светонепроницаемыми стенками. В самой ванне находился плотный водно-солевой раствор с температурой, близкой к температуре человеческого тела. Таким образом испытуемый, отгороженный от источников внешнего воздействия, как бы находился в состоянии невесомости.

Предполагалось, что если убрать все внешние стимулы, то мозг уснет. И ведь логично: мы же хорошо засыпаем в тихой спокойной обстановке.

Но на практике вышло иначе: у многих испытуемых, отсоединенных от стимулов внешнего мира, начались галлюцинации, у некоторых – приступы паники.

Поначалу пребывание в такой камере может успокаивать и даже расслаблять, но затем мозг начинает усиленно искать потоки информации. Если же мозг их не находит, он начинает генерировать собственные псевдоощущения. Мы немного говорили о том, что такое галлюцинации, в первой части.

Так исследователи убедились, что даже в спокойной обстановке для полноценной работы мозгу необходима стимуляция. Это фундаментальная вещь, которая объясняет нашу тягу к источникам новой информации. Мы можем часами пролистывать ленту в социальных сетях, зависать на видеохостингах, выискивать смешные картинки на фотостоках.

Но есть и обратная сторона. К сожалению, с каждым годом качество обрабатываемой информации становится все ниже. Нам не хочется долго думать над чем-то. Мозгу хочется простой, понятной, быстрой информации.

И мы, как дофаминовые информационные наркоманы, ищем, чем бы свеженьким и новеньким себя порадовать.

Как вы понимаете, на поле битвы маркетологов главным ресурсом является внимание. И современные рекламщики этим умело пользуются. Делается все, чтобы превратить экран смартфона или монитор компьютера в средство по захвату внимания. А дальше наш мозг накачивают нужной маркетологам информацией.

Современные маркетологи не только используют айтрекеры, следящие за тем, куда направлен взгляд и как долго он задерживается в той или иной точке экрана, но и разрабатывают и проводят массу тестов. Компании тратят миллионы, чтобы протестировать различные варианты и создать самый продающий сайт. Могут проверяться десятки вариаций картинок, расположения кнопок и даже оттенков их цветов! Да-да, просто чтобы разместить всем до боли знакомую кнопку «Купить» (или «Добавить в корзину»), иногда отбираются десятки вариантов различных цветов и текстур.

Но тут важно вспомнить следующее: на сегодняшний день нет ни одного научного факта, доказывающего, что наш мозг способен к многозадачности. Поэтому он постоянно вынужден выбирать между важным, серьезным делом (написанием отчета, например) и каким-то забавным, «вкусным» занятием – скажем, просмотром веселого видео или проверкой мессенджера.

В ходе исследований доказано, что люди, которые считают себя «многозадачниками», а по факту только часто и быстро переключают внимание с одного процесса на другой, в целом легче отвлекаются. Само переключение с одного дела на другое требует значительного запаса времени (от нескольких минут до получаса).

Стэнфордский психолог Клиффорд Насс однажды заявил, что он и его коллеги чудовищно ошиблись на счет «многозадачников», изначально полагая, что те обладают удивительным навыком сортировки информации и быстрого переключения между задачами. Вместо этого выяснилось, что такие люди ужасно неэффективны во многих когнитивных аспектах. Также Насс сообщил, что сторонники многозадачности имеют проблемы с эмпатией.

В итоге «многозадачники» не только получают некие скачущие по верхам, обрывочные, неглубокие сведения, но еще и испытывают проблемы с пониманием чувств и переживаний других людей. Более того, они в принципе перестают мыслить сложно. Мозг выбирает не чтение научной статьи (пусть даже и адаптированной и упрощенной), а просмотр какого-нибудь забавного развлекательного видеоролика, а значит, постепенно разучивается анализировать информацию и верифицировать ее.

Мы катастрофически дезинформированы

Потоки информации настолько огромны, что попытки справиться с ними и найти хотя бы частицу истины нередко заканчиваются бесславным провалом.

Многие СМИ и рекламодатели диктуют нам повестку дня, сознательно искажая картину. Если мы перестаем анализировать информационный поток, нас буквально топят в океане противоречивых сведений. При этом на нашем невежестве еще и начинают зарабатывать деньги.

В случае с точными и естественными науками еще остаются какие-то шансы разобраться и проверить информацию. А если дело касается политики, философии, спорта, каждый видит себя экспертом с собственным набором мнений по каждому вопросу. Хотя даже в случае с естественными науками люди нередко ведутся на провокации из-за нежелания критически подойти к анализу получаемой информации.

Достаточно вспомнить показательный пример с монооксидом дигидрогена. В 1990 году студенты Калифорнийского университета распространили листовки, предупреждавшие о загрязнении воды невероятно токсичным веществом – монооксидом дигидрогена. Сообщалось, что это соединение можно найти в ядерных реакторах, в конденсате выхлопных труб автомобилей, в загрязненных стоковых водах. Отмечалось также, что соединение обнаружено в питьевой воде. В результате начались дискуссии о запрете его использования.

Если вы не знаете эту историю и не очень хорошо разбираетесь в химии (или еще не залезли в сеть и не стали искать информацию о монооксиде), поясняю: речь идет всего-навсего о воде. Да, именно формулу H_2O можно прочитать как «монооксид дигидрогена». Формально студенты никого не обманывали. Вода и правда может скапливаться на поверхности выхлопных труб. И, конечно, вода присутствует в питьевой воде. И тут, кстати, студенты не соврали, а возможно даже намекнули на более сложное положение дел (с точки зрения химии).

Действительно, мы пьем не совсем воду, а раствор из воды с различными солями, кислотами, минералами и так далее. И даже если вы купите дистиллированную (очищенную от всех остальных примесей) воду, сразу после вскрытия в ней начнет растворяться диоксид серы (SO_2) и ряд других летучих соединений из атмосферы. То есть фактически мы должны говорить, что пьем водный раствор.

Но это было только начало истории. В 1994 году те же студенты создали страницу в интернете, где призывали объединиться за запрещение монооксида (то есть обычной воды). В 1997 году четырнадцатилетний школьник собрал 43 голоса за запрещение монооксида. Да, подписывали эту петицию его одноклассники. Но это были подростки, которые уже начали изучать химию.

Затем случилась совершенно невероятная вещь. В 1998 году в австралийском парламенте начался сбор подписей за запрещение монооксида дигидрогена.

Вдумайтесь! Люди хотели запретить воду!

И это мы говорим о вещах, которые легко проверяются элементарным поиском названия в справочнике химических соединений.

Конечно, никто не будет спорить, что прямой угол равен 90 градусам, но что делать, если речь идет об информации гуманитарного и общественного толка, когда фактов и цифр бывает недостаточно.

Проблема заключается в том, что из-за когнитивных искажений, срабатывающих в мозге, многие из нас сами себя начинают убеждать в собственной правоте, причем даже в тех случаях, когда представлены достаточно веские контраргументы.

К тому же мозг устроен так, что для создания новых убеждений (и представлений) необходимо активно задействовать префронтальную и височную кору. А это очень энергозатратно. Поэтому нам бывает крайне тяжело отказаться от старых убеждений. В одном из экспериментов людям предлагалось ознакомиться с газетной статьей, в которой содержание было подправлено. Смысл специально исказили так, чтобы он противоречил взглядам испытуемых и их политическим предпочтениям. Но, вместо переосмысления и изменения убеждений, люди даже не игнорировали новую информацию, а, напротив, еще больше убеждались в своей правоте.

Нам сложно сознаться в неправоте, но еще сложнее обнаружить, что наши представления абсурдны. Мы вновь видим, как людям проще задействовать Систему 1, эмоционально принимая информацию. Система 2 включается в работу значительно реже, неохотно.

На самом деле у нас существует огромный соблазн переложить сложную аналитическую работу на кого-нибудь другого. Быть может, даже на что-нибудь другое. Так, школьникам, в руки которых однажды попал калькулятор, очень трудно заставить себя решать примеры (особенно сложные, с многозначными цифрами) в уме. Проще нажать несколько кнопок и получить готовый ответ.

Мы пошли еще дальше и создали компьютеры, которые выполняют колоссальный объем работ, связанных с анализом данных. Раньше же вся эта работа в той или иной степени неминуемо задействовала бы рациональную Систему 2.

Технические новшества, которые упрощают жизнь человека, нередко ухудшают ее качество. В частности, людям с нетренированной рациональной системой мозга бывает трудно:

1. Выполнять рутинную или аналитическую работу, для которой необходима усидчивость и концентрация.

2. Строить с другими людьми долгосрочные отношения, которые требуют учета интересов партнера и эмоциональной стабильности.

3. Понимать фактические причины своей эмоциональной неудовлетворенности, намечать путь выхода из ситуации и следовать ему.

Если вы замечаете такие проблемы в своей жизни, введите в привычку рациональные тренировки. Занимайтесь простыми подсчетами без калькулятора, играйте в шахматы, составляйте строгие списки покупок, анализируйте повестку дня, сравнивая информацию из нескольких источников, пробуйте читать научные статьи и анализировать их и так далее. Техника поможет нам жить быстрее, но не заменит рациональные процессы в мозге.

В последние годы ведутся разговоры о том, чтобы расширить возможности нашего мозга за счет встраивания различных чипов и дополнительных модулей обработки информации. Но прежде чем понять, почему этого до сих пор не сделано, необходимо осознать один важный факт: мозг не компьютер.

Почему мозг не компьютер

Интересно, что даже процессор компьютера обрабатывает информацию не параллельно, а последовательно. Да-да. Он перебирает все программы по очереди! Просто он делает это очень быстро, и нам кажется, что все происходит одновременно.

Рис. 59. Миелинизированное волокно с перехватами (перехваты Ранвье)

Наш мозг несколько медленнее, чем принято думать. Давайте убедимся в этом на конкретных цифрах. Импульс бежит со скоростью 3–7 м/с по немиелинизированному волокну (без оболочки из клеток глии) и около 120 м/с по миелинизированному. Но миелинизировано волокно неравномерно: где-то есть утолщения, а где-то – участки, практически свободные от миелина (перехваты). Посмотрите на рис. 59.

Импульс не бежит напрямую, а скачет от одного перехвата к другому. И хотя сейчас многое об ионных токах в клетках мы стали понимать лучше, чтобы упростить, будем считать, что за счет перескоков импульс прыгает в миелинизированном волокне быстрее.

Но много это или мало – 120 м/с? Вообще, это 432 км/ч. Скажем, серийный автомобиль Bugatti Veyron способен развивать сопоставимую скорость (407 км/ч). Импульс скачет немногим быстрее серийного автомобиля.

А теперь другие цифры. Исследуя ответы структур во время предъявления слуховых стимулов, физиологи выяснили, что до коры импульсы могут идти десятки миллисекунд. Скажем, процессы зрительного внимания начинают включаться в работу только с 50–60 мс после предъявления изображения (стимула). Некоторые авторы осторожно указывают, что слуховая осознанная обработка информации может происходить только спустя 20–30 секунд после поступившего звукового сигнала.

На самом деле даже 60 мс – это очень существенное время для мозга. Получается, что мы как бы видим и слышим с легким запаздыванием. А уж начинаем включать сложные формы внимания чуть ли не через полминуты. И это осознанно. Почему так долго? Как раз потому, что до этого мозгу нужно самому «поварить» все на скрытой от сознания внутренней кухне. И лишь после этого он формулирует и шлет нам сигнал-сообщение о том, что все хорошо и вроде бы мы сами сознательно приняли решение.

Отличие «цифрового» и «нейронного» восприятия

Известно, что цифровая техника позволила нам производить более точные измерения. Аналоговые весы (например, безмен) имеют ограниченное число делений и не могут показать нам сотые доли граммов. Цифровые весы могут распознать отличия в весе и в 1 грамм, и в 0,01 грамма. Но нервная система не умеет работать с различиями в столь малых величинах.

Согласно психофизиологическому закону восприятия (закон Вебера – Фехнера), сила ощущения прямо пропорциональна логарифму интенсивности воздействующего стимула. На практике это означает, что для нашего мозга нет разницы между грузом в 100 граммов и 101 грамм. Но все изменится, если масса составит, скажем, 100 и 120 граммов. Опытным путем было обнаружено, что порог различий должен составлять около 5 %. То есть наш мозг может отличить только 100 и 105 граммов. Соответственно, для веса в 200 граммов необходим порог в 10 граммов (200 и 210) и так далее. Порог различий удваивается пропорционально увеличению массы. Для света, звука и других ощущений есть свои соотношения.

Ранее мы уже разобрали механизмы обработки информации как по этажам, так и по отдельным нейронным цепям в коре мозга. Может возникнуть ложное ощущение, что сегодня науке известно все о механизмах восприятия сигналов нервной системой. Но главная проблема в том, что мы до конца не можем объяснить природу закона восприятия Вебера – Фехнера, как и других психофизиологических закономерностей.

Открытия, сделанные в области клеточной нейрофизиологии, в некотором смысле даже на какое-то время завели исследователей в тупик. Казалось, что открытие нейроновдетекторов в зрительной системе (см. часть I), реагирующих на линии определенного наклона, на движения, на целые объекты (лица, жилища), должно было объяснить работу психофизиологических законов, но этого не произошло.

Инженерам хотелось уподобить нейронные импульсы электрическим в процессоре компьютера, сделать нейронные разряды вариантом алфавита. В каком-то смысле Е. Н. Соколов, уже упомянутый в книге ранее, попытался это сделать, раскрыв модель ориентировочной реакции.

Но еще дальше в этом направлении продвинулась в нашей стране Наталья Петровна Бехтерева. Она стала широко использовать термин «нейронные коды». В 1970–80-х годах в ее лаборатории проводили исследования, в которых множество электродов погружали вглубь мозга. Бехтеревой удалось записать целые группы импульсов, связанных в течение определенного времени с физическими особенностями и смыслом воспринимаемых сигналов. По сути, получалось, что какой-то сигнал соответствовал совокупной активности группы клеток. Подобные группы импульсов и назывались нейронными кодами. Возникало ощущение, что так можно составить своего рода словарь нейронных кодов памяти. Но сделать это удалось далеко не сразу.

Метод регистрации мозговой активности с помощью погруженных в нервную ткань электродов был популярен в среде нейрофизиологов 1970–80-х годов. Но были и ученые, которым хотелось получить доступ к психофизиологии мозга без вскрытия черепной коробки. Тогда функциональной МРТ еще не существовало, поэтому оставался только метод регистрации ЭЭГ.

Кстати, электроэнцефалограмма представляет собой отражение активности огромного количества нейронов. Широкое распространение регистрация ЭЭГ получила в 1930-е годы. Впоследствии метод стал особенно популярен у неврологов, потому что позволял достаточно точно сказать: есть ли в работе мозга человека признаки эпилепсии или нет.

Одним из исследователей, который смог обнаружить на ЭЭГ отражение психических процессов, в том числе связанных с восприятием и мышлением, был академик Михаил Николаевич Ливанов. Он подошел к решению этих вопросов еще до Второй мировой войны. Ливанов предположил, что, если двум областям мозга (даже весьма удаленным друг от друга) нужно выполнить работу в рамках одного психического процесса, их нервные клетки должны работать синхронно (на одной частоте). И это было поистине простым до изящества предположением.

У клеток после возбуждения наступает фаза отдыха (рефрактерности), когда их невозможно активировать. Но через некоторое время приходит черед фазы сверхвозбудимости (экзальтации), когда клетки легко включаются в работу. И вот если две группы клеток работают на одной частоте, но с небольшим фазовым сдвигом (задержкой), могут возникать ситуации, когда импульс добегает от одной группы клеток к другой как раз в фазу сверхвозбудимости. И так происходит установление функциональной связи между двумя группами клеток из разных областей мозга. В статье 2007 года академик Алексей Михайлович Иваницкий по этому поводу приводит хорошую аналогию со светофорами, регулирующими движение автотранспорта. Светофоры работают на одной частоте, но существует задержка включения зеленого света, равная времени, которое затрачивают автомобили чтобы доехать от одного перекрестка к другому.

В 1950-х годах Ливанов поставил блестящий эксперимент, в котором, используя искусственный интеллект (это не опечатка!), сумел доказать связность в работе структур в мозге кролика. В этом исследовании компьютер в случайном порядке предъявлял зрительный сигнал и вычислял степень слаженности (коэффициент корреляции) в работе зрительной и двигательной коры мозга животного. Оказалось, что, когда корреляция между ЭЭГ этих двух областей была высокой, кролик двигал лапой. Возбуждение добегало от зрительной коры к моторной и запускало двигательную реакцию. Важно отметить, что в этом эксперименте практически сведена к минимуму роль человеческого фактора. Большую часть эксперимента выполнял компьютер. В истории мировой науки, кстати, это был один из первых экспериментов с применением искусственного интеллекта.

Позднее Ливанов доказал, что таким же образом на ЭЭГ можно обнаружить и отражение процессов мышления. Также ему удалось доказать, что при шизофрении картина связей между областями коры меняется. Благодаря работам Ливанова исследователи получили возможность еще до появления функционального томографа видеть, какие области мозга включаются в слаженную работу при выполнении той или иной деятельности.

На научном языке связь между структурами называют когерентностью (согласованностью) частотных колебаний клеток. Фазовый сдвиг между колебаниями остается неизменным в течение всего времени, пока функциональная связь между областями активна. Когерентность связывает пространство и время в мозге. Образно говоря, мозг в определенный момент времени позволяет даже отдаленным областям договориться между собой.

Когда мы с вами говорили про сети мозга (дефолт-система, сеть выявления значимости и другие), речь как раз и шла о когерентности (согласованности) в их работе.

Таким образом, принцип, который одним из первых в мире обнаружил Ливанов, актуален и в рамках современных нейрофизиологических концепций. В общем-то, это повод для гордости за отечественную науку.

Интересно, что некоторые принципы работы дефолт-системы, открытой Маркусом Райхлом в 2001 году в США, могут быть объяснены еще работами Н. П. Бехтеревой 1960-х годов.

Одна из ключевых идей, предложенных Бехтеревой, сводилась к тому, что один и тот же психический процесс (скажем, вспоминание эмоциональных событий) может обеспечиваться системами, находящимися в различных участках мозга. Нейрофизиологические механизмы мышления состоят из жестких (стабильных) и гибких (вариативных) звеньев. Грубо говоря, есть некоторый остов (жесткие звенья), состоящий из структур, всегда включающихся в работу. Это может быть, допустим, гиппокамп (поскольку он оперирует информацией из памяти).

Также время от времени (в зависимости уже от специфики процесса) подключаются и другие области (гибкие звенья), например определенные участки префронтальной коры. Но самое удивительное в этой концепции другое. Жесткие звенья работают как своеобразные шаблоны. Они включаются всякий раз при схожем типе деятельности – как бы самоорганизуются. Вместо того чтобы каждый раз заново организовывать все этапы психического процесса, мозг автоматически «включает» набор нужных структур, а те в свою очередь «подтаскивают» к рабочему процессу новые (гибкие звенья). Получается очень экономичная система. Возможно, кто-то уже провел аналогию с динамическим стереотипом. Жесткие звенья – это вариант динамического стереотипа для самого мозга, а дальше уже возможны гибкие перестройки под конкретную ситуацию. За счет гибких звеньев корректируется динамический стереотип, а поведение подстраивается под условия новой ситуации.

Здесь я просто обязан выразить благодарность главному научному сотруднику НИИ эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова РАН, доктору медицинских наук Александру Николаевичу Шеповальникову, который много лет был лично знаком с Н. П. Бехтеревой и который настоятельно мне рекомендовал упомянуть работы М. Н. Ливанова и некоторых других авторов.

Мозг – аналого-цифровой механизм

В разные времена ученые пытались сравнивать мозг с теми устройствами, которые были известны на тот момент развития техники. Так, Декарт объяснял функционирование нервной системы с позиций работы паровой машины. Нервы посылают сигналы в мышцы, в них входит «жизненный дух», и они раздуваются. Так мы совершаем движение.

Затем нервную систему пытались уподобить аналоговым устройствам: как на ленту бобины, мозг в свою память пишет новую информацию. С развитием цифровых алгоритмов обработки информации мозг все чаще начали сравнивать с компьютерами. И, кстати, делают это до сих пор!

Рис. 60. На графике видно, как функция кривой разбита на отрезки. Примерно так и представляются данные после преобразования Фурье

Но что не так во всех этих сравнениях? Если коротко, аналоговость означает непрерывность записи и обработки информации, в то время как цифровой вариант работает с дискретными (переменными) значениями.

Проиллюстрировать это можно на примере двух вариантов носителей информации: виниловой пластинке и лазерном компакт-диске. Игла проигрывателя непрерывно скользит по борозде (углублению) виниловой пластинки. А вот в случае с компакт-диском лазер скачет по лункам (называемым питами) и промежуткам между ними – лендам. Питы могут рассеивать или отражать свет лазера. Устройство считывания регистрирует изменения интенсивности отраженного света. То есть мы уже имеем дело с дискретно изменяющимися величинами.

Другим примером дискретизации может служить метод оцифровки аналогового сигнала. То есть если нам нужно с виниловой пластинки (аналоговый вид) перенести файл в компьютер или смартфон, необходимо произвести цифровое преобразование.

Математическая операция под названием преобразование Фурье позволяет нам взять непрерывную кривую функции (например, сигнал с бобины) и разбить ее как бы на отметки. Если посмотреть на график, у нас будут отрезки, заканчивающиеся точками – отметками на кривой. Это приводит к тому, что мы превращаем аналоговый сигнал с пластинки в цифровой.

Несомненно, преобразование с математической и геометрической точки зрения выглядит несколько сложнее, но принцип один: мы разбиваем непрерывную линию на отрезки (точки). В итоге мы получаем в цифровом виде не весь сигнал, а лишь те его части, которые представлены отрезками. За счет того, что плотность этих отрезков очень высока, можно сказать, что потери минимальны. Наша слуховая система практически неспособна обнаружить отличия.

Весь этот длинный разговор про цифровое и аналоговое кодирование мы вели неспроста. Серьезные исследователи не особо любят, когда мозг с чем-то сравнивают, но если уж говорить в терминах техники и кибернетики, то мозг – это аналого-цифровое устройство. Он использует как аналоговый способ работы с информацией, так и цифровой.

Мы с вами уже выяснили, что сигнал в сенсорных системах (слуховой, зрительной и так далее) обрабатывается с задержкой. Важно понимать, что сигнал сначала идет от рецепторов по периферическим путям, затем движется в таламус и только потом в кору. Сигнал как бы пробегает все три этажа мозга. На это, конечно, нужно время. И здесь мозг ведет себя как процессор компьютера, последовательно обрабатывая поступающую информацию. И делает он это способом, который действительно можно сравнить с цифровым. Известно, что в цифровых устройствах информация кодируется единицами и нулями.

Когда к очередному нейрону поступает информация (нервный импульс), в нем формируется некий потенциал – напряжение. И тут нейрон работает как транзистор. Если потенциал достигает порогового значения, нервная клетка генерирует свой импульс. Информация бежит дальше по аксону. И здесь есть два варианта: достигнуто пороговое значение (условно 1) – импульс есть; не достигнуто (условно 0) – импульса нет. Тут нейрон работает с информацией цифровым способом (да/нет – 1/0).

Будет ли достигнут пороговый предел для проведения импульса дальше, зависит от многих параметров. Например, от какой клетки пришел сигнал, на какой контакт он пришел (к дендриту или телу нейрона), от каких еще клеток пришли сигналы.

Анализируя эти процессы, физиологи предположили, что нейрон суммирует приходящие сигналы (а они могут быть как тормозные, так и возбуждающие) и далее уже проводит импульс по аксону. Конечно, если тормозные входы превалируют над возбуждающими, никуда импульс не побежит. И напротив, возбуждающие сигналы заставляют нервную клетку проводить импульс дальше.

Изначально считалось, что от тела клетки информация может двигаться только по аксону. То есть импульс после суммации и анализа поступивших сигналов имеет только один выход (бежит по одному единственному отростку). Идея очень понравилась инженерам и программистам, и они создали математическую модель нейронной сети. В ее рамках они присвоили нейронам условные веса, определили, что у каждого нейрона один выход.

И эта модель очень долго жила. Предполагалось, что она относительно точно описывает принцип работы с информацией внутри нейронов. В начале 2000-х годов нейросети набрали особую популярность за счет их способности к самообучению.

Но ликование закончилось, когда в 2017 году в журнале Science вышла статья, в которой авторы обосновывали идею, что дендриты – не просто принимающие сигналы отростки. Выяснилось, что дендриты сами генерируют колоссальное количество нервных импульсов – примерно в пять раз больше, чем тело нервной клетки.

Дендриты могут генерировать сложные импульсы с плавно меняющимся напряжением. Логично предположить, что, когда мы имеем дело с непрерывно меняющимися величинами, речь идет уже об аналоговой форме обработки информации.

Таким образом, даже отдельный нейрон работает как аналого-цифровая машина. До получения этих данных исследователи представляли нейрон как сугубо цифровое устройство обработки информации.

Стоит отметить, что и до этого исследования в работах разных авторов было установлено, что дендриты не пассивные передатчики импульсов – они могут очень сильно менять природу поступающего сигнала.

Однако генерация импульсов в дендритах нейрона – не единственный пример аналогового способа обработки информации в мозге. Колонки новой коры мозга представляют собой модули с параллельным непрерывным анализом информации. Они группируются по принципу схожести обрабатываемого сигнала и в некотором смысле могут дублировать функции друг друга. Это позволяет получить эффект «сглаженной непрерывности».

Итак, мозг создает на внутреннем экране сознания плавную, постоянно меняющуюся картинку восприятия. Согласитесь, вы же не видите мир в формате стоп-кадров. Все происходит как будто без задержек и прерываний. Мозг достигает этого эффекта именно благодаря аналоговому принципу работы с информацией в колонках.

В пользу того, что мозг не представляет собой подобие цифрового компьютерного устройства, также говорит тот факт, что в процессе индивидуального опыта мы постоянно меняем связи между клетками. То есть мозг меняет свое строение.

Но компьютеры этого не делают. Несмотря на уточненные данные о физиологии передачи и генерации нервных импульсов, нейросети все равно не дают покоя программистам. По-хорошему, все математические модели работы нервных клеток неплохо было бы пересмотреть, но сегодня многие программисты словно закрывают глаза на активные дендриты. Программисты просто описывают живые нейросети (как понимают) и создают (как умеют) на их основе модели. Но являются ли они реальным отражением деятельности мозга?

Нейросети. Нейроморфный чип

Много слов уже сказано о том, как устроены нейросети. На примере отдельных систем мы увидели, как нервные клетки разных структур выстраиваются в нейронные сети, чтобы обрабатывать информацию, связанную с обеспечением той или иной функции. В каком-то смысле кортикальную колонку тоже можно считать нейросетью, только миниатюрной. Некоторые нейрофизиологи весь мозг считают одной большой нейросетью.

Несмотря на то что в 2017 году появилось исследование с выводами о том, что дендриты работают сложнее, чем принято думать, инженеры и программисты не оставляют попыток создать искусственную нейросеть. Именно на нее многие возлагают надежды, связанные с искусственным интеллектом.

Так, в том же 2017 году компания Intel представила нейроморфный процессор Loihi, который является ключевым компонентом для создания сложноорганизованной системы искусственного интеллекта.

«Нейроморфный» намекает на его схожесть с устройством и принципами работы нервной системы. Но, как вы уже успели убедиться, до настоящей нейроморфности таким устройствам еще далеко.

Что же уникального в этом процессоре? Сам он, по заявлению создателей, хоть и грубо, но имитирует работу нейронов. Мы уже выяснили, что имитировать ее он не может, поскольку совсем недавно были серьезно пересмотрены функции дендритов. Но давайте закроем на это глаза и допустим, что, пусть и очень приблизительно, такой чип способен подражать работе мозга. Последняя его версия (2019 года) будет включать в себя около 100 миллиардов синапсов. Звучит внушительно. Это серьезное заявление, потому что примерно таким потенциалом обладает мозг мыши. Смоделировать даже такой мозг – задача крайне сложная. Этот процессор сможет производить весьма внушительное число операций в минуту. Подумайте, сколько всего вынужден решать мозг мыши (одно регулирование деятельности внутренних органов чего стоит, а сколько различных поведенческих программ).

Как вы понимаете, мозг человека содержит значительно большее количество синапсов. Предположительно, их число может доходить до 3 000 000 000 000 000 (трех квадриллионов). Это в 30 тысяч раз больше, чем в чипе Intel. Далековато пока ему до человеческого мозга. Но, возможно, это только начало. Конечно, процессор вряд ли когда-нибудь будет копировать мозг на 100 %. Да и нужен ли он?

Сейчас ведется немало разговоров о том, что такое искусственный интеллект (ИИ) и как его определять. Ряд исследователей считает, что пока не существует ни электронно-вычислительных устройств, ни даже математических моделей, работающих по принципу функционирования человеческого мозга. Да и вообще, по их мнению, о современном компьютере нельзя говорить как об искусственном интеллекте. Если же определить ИИ как некий инструмент, способный решать ту или иную интеллектуальную задачу, даже обычный смартфон вполне можно считать таковым.

Получается, наши телефоны по своей сути – варианты устройств с ИИ. С помощью программных алгоритмов они даже могут неплохо обучаться. Уже давно на телефоны устанавливаются самообучающиеся словари, голосовые помощники, системы интеллектуального поиска.

И тогда возникает вопрос: может, и не надо вовсе копировать мозг? Сейчас доработают квантовый компьютер, и можно будет вообще забыть о том, что существует какой-то мозг.

К примеру, для защиты наших банковских карт используется достаточно серьезная математика. Когда вы вставляете карту в банкомат, его компьютер делит некое привязанное к карте число на ваш ПИН-код. Причем делит он так, чтобы получился целый ответ. В таком случае вероятность, что злоумышленник сможет подобрать ПИН-код от вашей карты, практически равна нулю. Почему? Потому что, используя самый мощный на сегодняшний день компьютер, ему придется подбирать число миллиарды лет (в прямом смысле). Как вы понимаете, у злоумышленников нет времени столько ждать, поэтому они используют другие приемы, например крадут ПИН-код или взламывают смартфоны доверчивых пользователей.

На секунду подумайте: для того чтобы просто подобрать четыре цифры, даже суперкомпьютеру придется возиться миллиарды лет! А мозг человека делал бы это до конца существования нашего Солнца, так и не получив результата. А теперь приготовьтесь к самому интересному. Устройтесь поудобнее, чтобы вам было максимально комфортно. Готовы?

Квантовый компьютер подберет ПИН-код за несколько секунд. Точка.

Процессор обычного компьютера перебирает весь программный код (состоящий из единиц и нулей) последовательно, цифру за цифрой. Это как если бы вы имели длинные бусы, но всякий раз, чтобы добраться до той или иной бусины, вам приходилось бы перебирать каждую с некоторого условного начала. Так работает сегодня практически вся электронно-вычислительная техника на полупроводниках (это все домашние компьютеры, ноутбуки, планшеты). Но квантовому компьютеру не нужно будет последовательно перебирать все бусины. Он сможет работать со многими бусинами одновременно.

Квантовый компьютер будет использовать для вычисления более сложные квантово-механические эффекты: квантовую запутанность и квантовый параллелизм. Это станет возможным благодаря тому, что квантовый компьютер устроен иначе. Он сможет, например, использовать кольца из сверхпроводящей пленки, в которых ток течет в разных направлениях. За счет этого в один и тот же промежуток времени реализуется гораздо больше вычислительных операций с нулями и единицами. То есть квантовый компьютер будет способен выполнить одновременно тысячи таких же вычислительных процессов, какие полупроводниковый выполняет последовательно.

А теперь представьте, на что еще он будет способен?

Теоретически такой компьютер сымитирует человеческий мозг в два щелчка. И, скажем, общаясь через ширму, вы вообще никогда не отличите его от живого человека. Более того, вам будет казаться, что вы разговариваете чуть ли не с самим Эйнштейном! Но есть кое-что еще страшнее: такой компьютер будет «умнее» Эйнштейна. Модели подобных устройств пока только создаются, однако вполне вероятно, через 15–20 лет мы сможем увидеть квантовые компьютеры на массовом рынке.

Пугает? Но не всех. Для некоторых исследователей подобные идеи кажутся настолько заманчивыми, что они уже несколько десятилетий предпринимают попытки встроить компьютеры и чипы прямо в мозг живого человека. Возможно ли это с точки зрения нейробиологии?

Между «мертвым» и «живым»

Мозг – живая ткань, а кремниевый чип – мертвая технология. Так думают многие. Так же считало немалое число биологов. Пока не начались эксперименты. Однако давайте, хоть и кратко, поговорим обо всем по порядку.

Нашему мозгу доступно не так уж много информации из окружающего мира. К примеру, воспринимаемые цвета – это электромагнитное излучение. Его волны отражаются от предметов и попадают на палочки и колбочки наших глаз. А далее происходит «волшебство». Мозг по длине волны и другим ее характеристикам определяет, что за цвет перед нами. В сетчатке есть светочувствительные молекулы. Сами волны при взаимодействии с сетчаткой ведут себя уже как частицы (фотоны). Светочувствительные молекулы поглощают фотоны, после чего меняется их химическая структура. И это спусковой механизм для возникновения зрительного возбуждения (импульса).

Затем, уже по количеству импульсов и по тому, от каких элементов они пришли, в зрительной и ассоциативной коре (пропустив предварительно через таламус) мозг может все это преобразовать в цветную картинку.

Примерно то же самое происходит и со слуховыми стимулами. Только там, вместо фотонов света, работают звуковые волны (которые представляют собой конфигурацию молекул воздуха). Молекулы воздуха как бы бьют клеточные элементы внутреннего уха, что приводит к возникновению возбуждения.

Так вот, как в случае со зрением, так и в случае со слухом мы воспринимаем лишь малую долю сигналов. Все дело в том, что у нас нет чувствительных органов, способных воспринимать, к примеру, ультрафиолет или инфракрасное излучение.

Если вы думаете, что наши глаза, уши, кончики пальцев воспринимают объективную реальность, то это не так. У нас нет сенсоров, способных почувствовать и одну миллионную того, что нас окружает.

Разные существа воспринимают разные части реальности. Нам уже известно, что клещ ориентируется на запах масляной кислоты. Для него нет ни радуги, ни Лунной сонаты Бетховена. Для летучих мышей вся реальность состоит из эхолокационных сигналов, представляющих собой механические колебания молекул воздуха.

Для описания феномена ограниченности восприятия есть даже термин – умвельт (от нем. Umwelt – «окружающий мир»). Можно сказать, что умвельт – это доступный для того или другого организма окружающий мир. Клещ «полагает», что его умвельт (беззвучная тьма и тепловое излучение кожи с молекулами масляной кислоты) и есть объективная реальность.

На самом деле и мы воспринимаем объективную реальность такой, какой она нам представляется. Но ведь по факту она значительно сложнее и объемнее! Причем науке до конца не ясно, насколько она сложна.

Поэтому вопрос о возможности расширения наших способностей сводится к тому, чтобы помочь нам выбраться за пределы нашего умвельта. И кое-чего мы достигли. У многих тысяч людей с нарушениями слуха встроены кохлеарные импланты. Это устройства, которые преобразуют электрические импульсы от микрофона в сигналы, понятные нервной системе.

До середины XX века полагали, что невозможно соединить технологии с живой тканью нервной системы. Но все изменилось после удивительного эксперимента 1969 года, когда исследователи усадили незрячих людей в стоматологическое кресло с решеткой-матрицей из соленоидов на спинке. Ученые подключили камеру, которая передавала сигнал на решетку. Захваченное с камеры изображение вдавливалось людям в спину за счет изменения конфигурации соленоидов решетки. Через некоторое время совершенно слепые люди научились очень хорошо понимать («видеть») то, что снимала камера. Они видели спиной!

Современный вариант такой технологии представляет собой небольшую сетку, которая крепится к языку незрячего человека. Поступающее изображение с камеры превращается в ряд электрических сигналов, а уже мозг их расшифровывает. Сегодня люди «видят» языком.

По правде говоря, мозг ничего не видит, не слышит и не осязает. Он плавает в темной черепной коробке, омываемый спинномозговой жидкостью. По сути, он получает электрохимические сигналы с кабелей, идущих от разных систем чувствительности. Но за миллиарды лет эволюции нервной системы мозг научился распознавать эти самые сигналы просто виртуозно!

Еще в первой части мы с вами выяснили, что мозгу все равно, откуда приходят сигналы. Если пути от глаз подвести к слуховой коре, мозг будет «видеть» слухом. Это называется сенсорным замещением. В мозг информация попадает по не совсем стандартным каналам восприятия, но он все равно способен ее декодировать. Этим объясняется, почему в эксперименте с «видением» спиной мозг распознавал картинку с камеры. Он просто разбирается, что делать с сигналом в зависимости от ситуации и своих возможностей. По своей природе наш мозг – универсальная вычислительная машина.

Ключевое слово в этом определении – «универсальная».

Однако можно ли расширить умвельт? В 2015 году известный нейробиолог Дэвид Иглмен во время выступления на конференции TED представил вариант устройства, передающего информацию из интернета прямо в мозг. В течение пяти секунд человек получает данные на специальный жилет, декодирующий сигнал на спине (по тому же принципу, как решетки с соленоидами на спинке стоматологического кресла). Испытуемый смотрит на экран, перед ним две кнопки. Он нажимает на одну из них и получает какой-то ответ (например, рожицу с эмоцией разочарования). На самом же деле человек даже не знает, что за данные из интернета передаются ему на жилет.

А принимает он данные с фондовой биржи. Кнопки означают принятие или отклонение сделки. Если сделка удачная – появляется счастливая физиономия, если нет – разочарованная. И сейчас ученые ищут ответ на вопрос: сможет ли мозг интерпретировать данные с биржи с помощью дополненного умвельта. В настоящий момент исследования в этой области продолжаются, окончательных выводов не получено. Но теоретически это вполне возможно.

Представьте, как изменится мир, если мы научимся «чувствовать» интернет (практически в обход сознания). Мы ведь так же сможем чувствовать автомобиль, смартфон, да что там – мир вокруг нас. Если раньше подобные идеи считались запредельной фантастикой, то сегодня это уже вполне осязаемая реальность.

Нейрокоммуникации и нейробыт

В настоящее время активно разрабатываются так называемые нейрокомпьютерные интерфейсы. Это устройства, способные соединять мозг с компьютером. Условно можно разделить интерфейсы на инвазивные (то есть требующие прямой доступ к мозгу) и неинвазивные.

Инвазивные интерфейсы подключаются обычно прямым введением электродов в тот или иной участок мозга. В 2018 году вышла работа с описанием исследований, в ходе которых испытуемых научили превращать электрические сигналы в мозге в команды для обыкновенного компьютера. Электроды вживили в моторную кору. Когда испытуемые представляли, что двигают курсором на экране, имплант декодировал информацию и передавал на компьютер. Так испытуемым удалось научиться перемещать курсор и кликать по нужным кнопкам «силой мысли». Испытуемые даже смогли заказать продукты в онлайн-магазине.

Подобные инвазивные нейроинтерфейсы уже давно помогают парализованным людям. К примеру, несколько лет назад были созданы устройства, передающие информацию из мозга на внешнюю роботизированную руку. Испытуемые научились управлять этой рукой, используя мысленные команды.

Но получение доступа к мозговой ткани – достаточно опасная затея. В настоящее время ведутся разработки в области создания интерфейсов, работающих по принципу ЭЭГ. Этот подход не требует вскрытия черепной коробки, а сигналы из мозга получают с помощью чувствительных электродов. Такая технология значительно безопаснее и дешевле инвазивных аналогов. Сейчас такие технологии используют для тренировки внимания. Человек через механизмы биологической обратной связи получает информацию о состоянии своего внимания. В таком виде интерфейс «мозг – компьютер» выполняет роль физиологического зеркала. Человек может не только видеть изменения своих когнитивных функций, но и сознательно регулировать их.

Однако некоторые ученые полагают, что со временем и ЭЭГ-устройства уйдут в прошлое. Уже сегодня ведутся разговоры о покрытии мозга наночастицами, которые будут обрабатывать и передавать сигналы, поступающие из мозга, на внешние устройства. Никаких электродов, никаких проводов.

Как вы понимаете, мы плавно движемся в сторону «чтения» мыслей. Представьте, сколько будут платить рекламодатели за данные из вашего мозга.

Помимо соединения мозга с компьютером, уже сегодня стало возможным создание интерфейса «мозг – мозг». Вот представьте: жили вы с супругом и захотелось вам объединиться – быть уже не «половинками», а единым целым. Пожалуйста!

А началось все с эксперимента 2013 года, когда Раджеш Рао и Андреа Стокко связали свои два мозга в единую систему. У одного из исследователей регистрировалась электроэнцефалограмма и производилось декодирование двигательных программ работы мозга. Как вы уже знаете, за подобную активность отвечает двигательная кора. Второй исследователь находился в другом конце университетского городка Вашингтона, и к его голове была подведена стимулирующая магнитная катушка.

Регистрируемый сигнал из мозга первого исследователя (Раджеша Рао) через интернет передавался на компьютер, управляющий работой стимулирующей магнитной катушки. Исследователи играли в игру, где необходимо решать, в какой момент открыть огонь по мишени. Когда Раджеш Рао принимал решение, что пора атаковать, сигнал из его мозга через интернет посылался на магнитную катушку над головой Андреа Стокко. Палец последнего нажимал на кнопку как бы самопроизвольно, минуя механизмы принятия решения. То есть мозг Рао управлял командами в мозге Стокко.

Мы все ближе подбираемся к теме не просто манипулирования людьми, а возможности прямого управления ими (то есть нами). История про бионического солдата «Робокопа» из одноименного фильма становится все ближе к реальности.

Совсем недавно, в 2018 году, исследователи пошли дальше и связали воедино уже не два мозга, а целых три! Принцип работы интерфейса «мозг – мозг» был тем же. У двух испытуемых регистрировалась активность мозга с помощью ЭЭГ.

На этот раз для тестирования технологии использовался аналог всем известной игры «Тетрис». Двое испытуемых смотрели на экран и мысленно принимали решение разворачивать падающую фигуру. В свою очередь третий испытуемый не имел доступа к экрану, а лишь получал информацию от первых двух игроков (посредством стимуляции затылочной зрительной коры). Его задачей было, основываясь на полученной информации, принять окончательное решение: повернуть фигуру или оставить в том же положении.

Так вот, точность правильных решений составила более 81 %. Авторы использовали различные протоколы экспериментов, чтобы удостовериться в корректности наблюдений. К примеру, они отправляли сигнал от одного из испытуемых, наблюдавших за экраном, с сильным шумом. И тогда мозг третьего игрока определял, что информация от другого испытуемого (без шума) более надежная! По сути, третий игрок заглядывал в мозги сразу двум игрокам одновременно!

Из всего изложенного выше можно сделать два вывода: мы все ближе к созданию устройства, в будущем способного напрямую декодировать активность мозга и «читать» мысли; в скором времени, вполне вероятно, появится «социальная сеть» из соединенных мозгов. А затем из мозгов и присоединенного к ним квантового компьютера.

И как вы понимаете, на этом человечество закончится. По крайней мере в том виде, в котором оно существует сегодня… Начнется нечто иное, пока, возможно, даже нас пугающее, но кажущееся уже вполне реальным.

«Стимуляторы» мозга

Раз уж мы заговорили о технологиях, расширяющих психофизиологические возможности мозга, скажем несколько слов и о методах стимуляции. В нейроэкономических экспериментах применялись методы транскраниальной магнитной стимуляции.

Помимо магнитной стимуляции, существует и электрическая. Сегодня ведутся дискуссии о реальных возможностях данных методов. Очень соблазнительно простимулировать мозг магнитом или током и стать вдруг на порядок умнее. Но что нам об этом известно?

Процедура транскраниальной стимуляции током выглядит следующим образом. Пациента усаживают в удобное кресло. Просят полноценно поесть за пару часов до эксперимента и быть выспавшимся. Во время процедуры к голове пациента прикрепляют электроды малой площади, по которым проходит постоянный слабый ток, обычно не превышающий 4 миллиампер (мА). Электроды смачивают солевым раствором и помещают на желаемые позиции. Ток воздействует на клетки головного мозга, изменяя функциональное состояние различных звеньев центральной нервной системы.

Сеанс стимуляции может длиться в районе получаса.

Сам по себе ток, передаваемый стимулятором, недостаточно сильный, чтобы вызвать потенциал действия (и проведение нервных импульсов), но есть подпороговый эффект стимуляции, то есть увеличивается или уменьшается порог возбудимости клеток мозга.

Таким образом, стимуляция может работать, усиливая или ослабляя передачу импульсов между нейронами, увеличивая пластичность связей между клетками, которая является клеточной основой обучения (вспомните работы Эрика Кэндела). И тут важно понять вот что: сама по себе стимуляция ничего не улучшает. Но если параллельно со стимуляцией производить обучение, эффект будет получен.

Голова превращается обратно в тыкву ровно в полночь

Итак, с помощью стимуляции можно упрочнить запоминание информации и выработку нового навыка во время обучения. Как ее применить – дело вашей фантазии. Хоть заучивайте таблицы Брадиса, хоть повышайте скорость реакции в компьютерных играх (есть результаты).

Но важно понимать, что для ряда когнитивных характеристик эффект после стимуляции по продолжительности приблизительно равен длительности самой стимуляции. К примеру, в исследованиях, когда нейроэкономисты отключали цингулярную или дорсолатеральную кору, испытуемые меняли решение только на время, а затем все возвращалось на свои места. Это как в знаменитой сказке про Золушку, когда карета вновь превращалась в тыкву. Вот так же и наша голова по прошествии какого-то времени возвращается к исходному состоянию.

Такое положение дел хорошо проиллюстрировано в экспериментах Винсента Кларка 2010 года, когда солдат просили играть в компьютерную симуляцию, где нужно было учиться хорошо ориентироваться на местности и быстро реагировать в различных ситуациях.

После стимуляции током силой 0,1 мА точность реагирования на стимулы возрастала более чем на 14 %. А после 2 мА – почти на 27 %!

К сожалению, как заключали сами авторы исследования, после окончания стимуляции эффект пропадал достаточно быстро.

Итак, мы выяснили, что для обучения и повышения скорости реакции характерен временный эффект. Но универсально ли правило?

В некоторых исследованиях достаточно убедительно продемонстрирована положительная динамика в лечении депрессии методом электрической стимуляции. Было проведено достаточно много экспериментов с применением как магнитной стимуляции (ТМС), так и стимуляции электрическим током.

В результате доказано, что после магнитной стимуляции выраженность симптомов депрессии снижается более чем на 40 %. В 2008 году FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) утвердило метод магнитной стимуляции как способ лечения депрессии.

Несомненно, у подобных методов есть и побочные эффекты, например головокружения, неприятные покалывания в области головы или шеи. Для людей, страдающих эпилепсией, такие методы противопоказаны. Тем не менее в сочетании с методами классической психотерапии стимуляция может давать очень хорошие результаты.

На пороге изобретения стимулятора креативности?

Завершая разговор о стимулирующих методах, упомяну еще одно относительно недавнее исследование.

В 2018 году Каролина Луфт изучала возможность воздействия стимулирующих методов на такой показатель, как творческое мышление (креативность, как сейчас модно говорить).

Вообще, это крайне востребованная характеристика. Многие транснациональные корпорации уже давно ведут разговоры о том, что при приеме на работу одним из ключевых навыков, который должен продемонстрировать претендент, является способность творчески мыслить. Никому не нужны попугаи, повторяющие заученные, шаблонные действия. Корпорациям необходимы новые, свежие решения.

Конечно, авторам исследования хотелось понять, можем ли мы как-то улучшить этот навык. Спрос-то огромный!

Из психофизиологических исследований было известно, что наш мозг достаточно консервативен и обычно стремится решать проблемы проторенным путем. Нейроэкономические исследования также показали, что мы не очень любим отличаться и обычно предпочитаем получать награду за социально одобряемые поступки. В общем, эволюция не особо жалует креативность.

Поэтому таких выдающихся людей, как Гете, Ньютон или Эйнштейн, не так часто можно встретить в нашей популяции. Мы измеряем творческий потенциал человека по значимости новых идей, привнесенных им в мир.

Ученые отталкивались от идеи, что творческое мышление как бы требует отказаться от привычного (доминирующего) варианта работы с информацией. Вместо этого необходимо включить в мыслительный контекст отдаленно связанные понятия (концепции). Тогда исследователи решили, что нужно попробовать отключить «проторенные пути» решения задач. Из данных ЭЭГ было известно, что в альфа-режиме (волны с частотой 10 герц (Гц) человек способен находиться в относительно расслабленном состоянии, но при этом эффективно отфильтровывать отвлекающую от основной деятельности информацию. Они стали стимулировать электрическим током на частоте 10 Гц правую височную долю, а затем и левую. Оказалось, что при стимуляции именно правой височной области участники демонстрировали варианты творческих решений с использованием отдаленных (по смыслу) концепций.

Как вы понимаете, такие результаты открывают огромные перспективы на пути к нахождению нестандартных творческих решений как в повседневной жизни, так и в науке, искусстве и бизнесе.

Подводя итог, скажу: несмотря на то что часть стимулирующих методов демонстрирует лишь временный эффект, часть из них дает вполне ощутимые долгосрочные результаты. Вероятно, в будущем рынок подобных услуг лишь увеличится.

Заключение

Современные технологии шагают вперед с колоссальной скоростью. Вполне вероятно, что уже через шесть-семь лет мы увидим нейротехнологии качественно иного уровня: объединение большого количества мозгов в одну систему, интерфейсы «мозг – компьютер» для управления домом или автомобилем, подключение мозга к данным из интернета.

Это, несомненно, повлияет на наше восприятие мира и самих себя. Как именно мы будем относиться к новым нейротехнологиям, пока неизвестно, но ясно одно: обходиться без них человечество уже не сможет. Каждому в той или иной степени придется разобраться, как устроен и как работает его мозг. Именно поэтому и была написана эта книга. Пусть она станет для вас проводником в загадочный мир, где живут нейроны.

Послесловие и благодарности

В книгах такого рода всегда непросто выдержать единый ровный стиль, поскольку приходится говорить о вещах, порой весьма разнообразных, но так или иначе связанных с нашим поведением. Именно поэтому книга может выглядеть не как объединенная единой сюжетно-идейной линией серия повествований, а скорее как сборник отдельных эссе про мозг. Каждое эссе призвано побудить читателя взглянуть на определенный физиологический или поведенческий механизм чуть внимательнее. К сожалению, единой стройной теории мозга на сегодняшний день так и не удалось разработать. Вероятно, мы находимся в начале этого сложного, извилистого пути к созданию общей теории работы мозга.

Поэтому я прошу читателя постараться смириться с этим фактом и попробовать взять из книги то, что будет интересно и полезно именно ему.

Книга стала закономерным результатом многолетнего чтения мною научно-популярных лекций о мозге. Но она бы никогда не получилась такой как по форме, так и по содержанию, если бы не обратная связь от тех замечательных людей, которые ходили ко мне на лекции, читали мои статьи и посты в социальных сетях.

Я благодарю Анну Стрелкову за то, что она согласилась вычитать самый первый, еще совсем сырой вариант рукописи. Ее замечания помогли значительно упростить для понимания некоторые весьма непростые моменты в тексте.

В этом же мне сильно помогла и бессменная читательница моих текстов Виктория Волокитина. За что говорю ей огромное спасибо.

Также выражаю благодарность Марии Подергиной за то, что она, используя свои знания в области нейроэкономики, помогала мне перерабатывать третью часть книги. Благодаря ее комментариям многие примеры стали выглядеть понятнее и интереснее.

Выражаю особую благодарность Марии Кармановой за редактуру первоначальной рукописи. Она, как никто другой, умеет сгладить мое косноязычие.

Отдельное спасибо Ольге Кашубиной, которая с невероятной внимательностью вычитывала каждую букву текста и боролась за то, чтобы все термины находились на своих местах и были пояснены, формулировки были аккуратными, а сложные процессы и понятия сопровождались наглядными иллюстрациями.

Выражаю признательность Надежде Хегай, которая вдохновила меня внимательнее отнестись к главе, посвященной нейромедиаторным системам.

Хочу выразить огромную благодарность заведующему лабораторией сравнительной физиологии сенсорных систем Института эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова РАН Александру Николаевичу Князеву за содействие в поиске рецензента.

За предложенные идеи по дополнению некоторых глав книги важными фактами об истории развития теории работы мозга, об эволюционном становлении речи огромная благодарность главному научному сотруднику Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН Александру Николаевичу Шеповальникову.

Также выражаю признательность создателю невероятно важного и нужного просветительского проекта «Курилка Гутенберга» Роману Переборщикову за то, что согласился рассмотреть первый текст рукописи книги. Это придало мне существенных сил для продолжения работы над текстом.

Благодарю замечательную редакцию «Аванта» за то, что дала мне возможность донести идеи о том, как работает мозг, до заинтересованного читателя.

Примечания

1

кДа – килодальтон. Дальтон – атомная единица массы, определяемая как 1/12 массы атома углерода. В данном случае приставка «кило» означает 1 дальтон, умноженный на 1000.

2

Гештальт – понятие из гештальтпсихологии, обозначающее некую завершенную структуру, концепцию, форму; законченный объект, акт творчества; нечто, доведенное до логического завершения.

Content

Илья Мартынов
Мозг. Как он устроен и что с ним делать

Вместо введения

О чем эта книга

Часть I. Что такое МОЗГ для нас сегодня

Люди-автоматы, или Мозг без тормозов

Как мы учимся, или Откуда мозг знает, что ему делать

Выбывает тот, кто не успел включиться в работу

Зачем мозг отгораживается от всего организма

Кто нас будит поутру?

«Нейронное кружево» Илона Маска, или Зачем нам «читать мысли»

Кортикальные колонки мозга

Вылазка внутрь мозга

Нейрохимическая теория, или Как работают препараты для мозга

Часть II. Физиологические основы умственной деятельности

Нейробиологические основы ВНД. Первая и вторая сигнальные системы

Важность условия в нашей психической деятельности

Сигнальные системы

Динамический стереотип

Структура поведенческого акта

ДСМ, СВЗ, ЦИС. В какие сети мозг затягивает рыбу мышления

Подсистемы ДСМ и другие СЕТИ мозга

Внимание человека

Рефлекс «что такое?» на страже наших отношений

Сигарета улучшает внимание?

Память

Ложные воспоминания

Медитация и осознанность. Физиологические аспекты

Часть III. Мозг и поведение

Экономические игры

Поведенческий акт в нашей жизни

Нейроэкономика

Принятие решений

Нейромаркетинг

Понимание других людей

Информационные потоки

Нейросети. Нейроморфный чип

Заключение

Послесловие и благодарности

Примечания