Как работает ваш мозг. Внутри самого сложного объекта во Вселенной

Сборник

Другие участки среднего мозга связаны со слухом, обработкой визуальной информации, координацией движения глаз и регулированием настроения.

Передний мозг

Многие из наших уникальных человеческих особенностей возникают в переднем мозге, который быстро расширился во время эволюции наших млекопитающих предков. Он включает таламус – передатчик, который отправляет сенсорную информацию в кору головного мозга (внешнюю морщинистую часть) для более серьезной обработки;

гипоталамус, выпускающий гормоны в кровоток для их распределения по телу; миндалевидное тело, связанное с эмоциями; и гиппокамп,

который играет основную роль в формировании воспоминаний.

Эволюционно недавно развились базальные ганглии, регулирующие скорость и плавность осознанных движений, начатых корой головного мозга. Связи на этом участке регулирует нейромедиатор дофамин, поступающий из черного вещества среднего мозга. Его нехваткой объясняют многие симптомы болезни Паркинсона, например замедленные движения, тремор и нарушение равновесия. Хотя лекарства, повышающие уровень дофамина в базальных ганглиях, облегчают состояние, лечение болезни Паркинсона нам все еще недоступно.

Кора головного мозга обволакивает полушария и, как считается, делает нас людьми. Здесь строятся планы, складываются слова и генерируются идеи. Здесь расположены творческий интеллект, воображение и сознание, формируется разум.

Рис. 1.3. Основные области мозга: передний мозг

По своей структуре кора – это цельный лист ткани, состоящий из шести морщинистых слоев, сложенных внутри черепа; если его расправить, он займет 1,6 м². Информация передается в кору и из нее по примерно миллиону нейронов, но внутри нее сформировано более 10 млрд связей, то есть значительную часть времени кора головного мозга разговаривает сама с собой.

Каждое полушарие коры имеет четыре основные доли (см. рис. 1.3). Лобные доли содержат нейронные связи для мышления и планирования и, как считается, отвечают за нашу индивидуальность. Затылочные и височные доли в основном заняты обработкой визуальной и слуховой информации соответственно. Теменные доли задействуют внимание и объединяют сенсорную информацию.

Тело в мозге

Можно сказать, что тело отражено на коре головного мозга как множество карт, в том числе как карта чувств и карта координации движений. Карты в целом повторяют строение тела, чтобы нейроны, обрабатывающие сигналы от ваших стоп, находились поближе к тем, которые заняты переработкой информации от ног, а не от носа. Но пропорции искажены: рукам и губам отведено больше тканей мозга, чем туловищу или ногам. Если нарисовать тело так, чтобы оно соответствовало этим пропорциям, получится гротескная фигура – гомункул Пенфилда (см. рис. 1.4).

Рис. 1.4. Гомункул Пенфилда: как мозг видит тело

Две половинки и множество частей

Мозг состоит из двух полушарий, соединенных каналом из примерно миллиона аксонов, который называется мозолистое тело. Если этот кабель разрезать, а так иногда делают для снятия припадков эпилепсии, единое проявление «я» может разделиться – как если бы тело контролировали два независимых мозга. Один курильщик, перенесший подобную операцию, рассказывал, что когда правая рука брала сигарету, левая ее вырывала и выбрасывала!

Мозолистое тело позволяет объединить множество задач, которые выполняют разные

участки коры головного мозга, в гладкое непрерывное переживание мира. Мы узнаем предметы, не замечая фрагментарности работы мозга. Как именно это происходит, мы пока не знаем. Так называемая «проблема связывания» – это один из многих вопросов, на которые предстоит ответить нейроученым будущего.

Чтение мыслей: как ученые измеряют мозг и его активность

Магнитно-резонансная томография (МРТ). Показывает детальные анатомические изображения, напоминает рентгеновские лучи для мягких тканей.

Функциональная МРТ (фМРТ). Отображает изменения в притоке крови к тому или иному участку мозга (приток крови считается показателем локальной активации нервов) при выполнении умственных задач, таких как арифметические действия или чтение.

Диффузионная МРТ (также называется диффузионно-взвешенной визуализацией, трактографией). Раскрывает протяженность связей мозга, отслеживает диффузию молекул воды, которые перемещаются вдоль аксонов, но не могут пройти сквозь их жирное покрытие.

Функциональная МРТ покоя (фМРТп). Также проливает свет на протяженные связи, измеряет спонтанные колебания активности в различных участках мозга, раскрывая степень их коммуникации.

Разум, построенный на математике

Исследования конкретных участков мозга и их деятельности дали очень много, но в последние годы нейроученые все чаще отказываются от описания мозга как совокупности участков, строго разделенных по функциям. Все чаще мозг понимают как нейронную сеть, которая связывает различные участки, давая в результате больше, чем просто сумму их частей. Зародился новый тип нейронауки – математика разума, способная раскрыть природу человеческого опыта.

Маленький мир, большие связи

Если выпрямить все нервные волокна мозга, они четыре раза обернутся вокруг земного шара. Внутри черепа они похожи на беспорядочный клубок проводов, но математики хорошо знают такую структуру – это один из видов сетей «тесного мира».

Характерная особенность сетей «тесного мира» – относительно короткий путь между двумя узлами. Яркий пример такой сети – «теория шести рукопожатий» между вами и любым человеком в мире. Между любыми двумя участками мозга среднее число ступеней столь же мало, а незначительные вариации объясняют уровнем интеллекта.

Похоже, структуры «тесного мира» делают коммуникацию между участками сети быстрее и эффективнее. В них относительно немного протяженных связей – всего одно из 25 нервных волокон соединяет отдаленные участки мозга, остальные связаны с близлежащими нейронами. Мартейн ван ден Хёвель из Университетского медицинского центра в Утрехте, Нидерланды, говорит, что длинные нервные волокна дорого выстраивать и содержать, поэтому организация по принципу сетей «тесного мира» может быть лучшим компромиссом между расходом ресурса и эффективностью передачи сигнала.

Однако протяженные соединения распределяются по мозгу неравномерно. Ван ден Хёвель и Олаф Спорнс из Индианского университета в Блумингтоне недавно открыли, что скопления таких соединений формируют прочный «каркас», по которому осуществляется коммуникация между дюжиной основных участков мозга (см. рис. 1.5). Каркас и эти участки мозга вместе называют «элитарным клубом», подчеркивая обилие связей.

Как говорит ван ден Хёвель, никто не знает, зачем мозгу «элитарный клуб», но, очевидно, он очень важен, раз проводит такой большой трафик. Поэтому нарушения в его работе грозят серьезными последствиями. «Развивается теория, что причиной шизофрении может быть проблема с интеграцией информации внутри узлов "клуба"», – говорит он. Улучшение трафика «элитарного клуба» может оказаться лучшим лечением, хотя сложно сказать, как этого добиться.