Названы главные тайны человеческого мозга, неподвластные ученым
Развитие человечества тормозит «детектор ошибок»
– Святослав Всеволодович, расскажите, что нового узнали ученые о человеческом мозге за последние годы?
– Недавно на одной из сессий нашего Отделения физиологических наук, посвященной исследованию мозга, мы все пришли к выводу, что в последние годы в этой области знаний не было серьезных прорывов. И такая ситуация наблюдается не только в России, а во всей мировой науке о мозге.
– Ну на какие-то вопросы вы уже дали ответ? Например, действительно ли у среднестатистического человека работает только 10 процентов мозга, а остальное находится в резерве?
– Нет, это не так. Наш мозг использует по-максимуму все, что дано ему от природы.
– Действительно ли мозг – самый энергозатратный орган?
– Да, по сравнению с другими органами. Если взять интеллектуальную мощность мозга, то она будет мощней всех компьютеров, которые существуют на Земле, но потребляет энергии он, как средняя лампочка.
— Известно количество нервных клеток?
– Может, миллиард, а может, сто миллиардов. Их очень сложно подсчитать из-за того, что все они имеют разные формы.
– Известно ли уже о главном отличии человеческого мозга от мозга животного?
Это самый сложный вопрос — ответа на него пока нет. И более того, – не понятно, почему наш мозг возник именно в таком виде, ведь на первых порах для выживания он не нужен был нам такого размера. Мы до сих пор не нашли переходного мостикам между питекантропом и человеком разумным. У нас есть гены неандертальцев, но почему они в какой-то момент свернули в сторону, не пошли дальше вместе с нами, тоже не понятно.
В нашем мозге перемещается «световое пятно»
– Те же самые вопросы задают себе и ваши иностранные коллеги?
– Конечно. Только у нас с ними разные подходы к изучению мозга. Они отталкиваются от конкретных изменений, от приборных измерений, а у нас выработался совсем другой подход. У нас остались физиологические школы Сеченова, Павлова, Бехтерева, которые прежде всего изучали общие закономерности. Наши западные товарищи иногда не знают многого из того, что знаем мы.
Тот же самый Иван Петрович Павлов предложил концепцию «светового пятна». «Если бы мы могли видеть систему возбуждений, распространяющуюся по коре бодрствующего животного (или человека), мы могли бы наблюдать движущееся концентрированное «световое пятно», перемещающееся по коре по мере перехода от одной деятельности к другой и олицетворяющее пункт оптимального возбуждения, без которого невозможно нормальное осуществление деятельности».
Иными словами, в зависимости от рода деятельности у нас в мозге все время включается в работу та или иная область. И раньше считалось, что только она и является главенствующей.
Например, когда человек произносит слова, мы фиксируем возбуждение в его так называемой области Брока. Но ее можно сравнить с динамиком в телевизоре. Основная же работа происходит в большой согласованной сети нейронов, распространенной по всему мозгу. Образно говоря, если у человека возникает потребность что-то сказать, то к делу подключается условный «директор речи», который начинает привлекать к работе нужные отделы мозга, задействуя и область Брока, которую мы можем измерить.
– Таких «директоров» в нашем мозге может быть множество, под каждую функцию, или один?
— Это очень сложный и дискуссионный вопрос. Есть мнение, что существует свой «директор» на каждый вид деятельности. Так сказать, «нейрон бабушки», где записана информация о бабушке, или лицо актрисы и т. д.. Я с этим не согласен. По-видимому, существует сложная сеть систем, адаптивно формирующихся при необходимости осуществить какую-то деятельность. Это одни и те же нейроны, которые активируются по- разному.
Поэтому перед каждой операцией мы на МРТ прежде всего определяем все области, которые могут быть вовлечены в процесс. В 1987 году у нас был пациент, которому проломили череп бутылкой. У него возникла полная афазия (расстройство речи и ее восприятия). Когда вскрыли череп, увидели там, в областях Брока и Вернике (области генерации и восприятия речи) настоящую «кашу». Но, введя электроды недалеко от этих областей, путем лечебных электростимуляций мы перевели задачу формирования и понимания речи на другие клетки. Через несколько недель пациент уже говорил и все понимал. Он до сих пор жив.
Мировой прогресс тормозит «детектор ошибок»
– Слышала, что у вас проводится исследование процесса памяти.
– Памятью занимаются другие российские исследователи, например, члены РАН Константин Владимирович Анохин и Павел Милославович Балабан. Они уже научились стирать у мышей неприятные воспоминания. У нас немного другое направление. Расскажу подробнее об одном из механизмов работы мозга, который в 1986 году открыла прежний научный руководитель нашего института Наталья Петровна Бехтерева. Это так называемый «детектор ошибок».
Представьте, что вы выходите из дома и чувствуете: что-то не так. Такие обыденные вещи, как выключение плиты, электричества мы делаем на автомате. Но стоит нам забыть что-то сделать, как «детектор ошибок» тут же сравнивает ваши действия с тем, что записано у вас в памяти. И сигнализирует, посылая волны дискомфорта откуда-то из подсознания.
Тот же «детектор ошибок» срабатывает у зрелого человека, уже знающего, чем может закончиться бесшабашный прыжок в воду с высокого утеса в непроверенном месте. У маленьких детей такого детектора еще нет, матрица, то есть свод определенных правил, еще не сформировалась, а потому они часто падают, набивают шишки, но, тем не менее, сохраняют способность совершать неожиданные, резкие поступки. Яркий пример тому история Нильса Бора — основателя первой квантовой теории атома, отличавшейся от классической теории. Доводы молодого и талантливого исследователя многим состоявшимся светилам науки казались поначалу абсурдом.
Способность рисковать, не взирая на звания и титулы, сохраняется, как правило, до 35-40, после чего «детектор ошибок», вошедший в полную силу, больше не позволяет совершать «глупости». Ни одно выдающееся открытие в области математики или теоретической физики не было совершено учеными после 40 лет.
50-60-летний человек уже не способен на безумную идею. Он для этого слишком много знает. Это феномен стареющих физиков и математиков. Почему крупнейший математик XX века Андрей Николаевич Колмогоров в возрасте 50 лет ушел преподавать математику школьникам? Он потерял горение, и это вполне физиологическая вещь.
Или взять брежневское политбюро. Ведь там работали люди незаурядного ума. Но со временем на каком-то этапе они уже не могли изменить политику, гиперработа их «детекторов ошибок» не позволила «пропустить» смелую мысль в жизнь. Почему потом и путч провалился? Они были не молодые.
Мы сейчас говорим о продлении жизни и ее качества. В обществе увеличивается процент пожилых людей. Об этом мало кто задумывается, но ведь со старением общества цивилизация резко теряет возможность развития. Все меньше становится молодых и дерзких и больше старых и осторожных. Работа по изучению «детектора ошибок» очень важна, если мы хотим продлевать жизнь и двигать научно-технический прогресс. На один из важнейших вопросов: как защитить человека от гиперопеки «детектора ошибок», ответа пока нет, хотя это одно из магистральных направлений нашей работы.
Кстати, не всегда влияние «детектора ошибок» на нашу жизнь привносит элементы застоя. Если взять специальности юриста, адвоката, врача, где нужно иметь огромный опыт, то здесь этот механизм порой творит настоящие чудеса. Я бы привел в пример жизнь известного кардиолога, академика Владимира Андреевича Алмазова. Он подходил к пациенту и, не касаясь его, мог сказать, что его сердце находится не слева, как у всех, а справа, мог поставить диагноз, просто посмотрев на человека Его детектор ошибок был настолько выдрессирован, что позволял определять тончайшие, невидимые другим отличия между обычными и необычными пациентами.
Как распознать гения
– Можно ли по конфигурации активных зон мозга выявлять людей, которые будут успешны в разных областях науки?
– Нельзя. Есть один фантастический роман, в котором пришельцы с другой планеты хотят найти самого выдающегося полководца. Их приводят к сапожнику. Он идеально подходил к тому, чтобы руководить армией, но вместо этого тачает сапоги. Ему не пришлось использовать свои способности в военном деле. Так что при всех «правильных» данных мозга человеку на пути к его успешности в том или ином деле могут помешать жизненные обстоятельства.
У многих где-то в глубине натуры сокрыт талант. Одним хватает реактивности характера, чтобы его проявить, другим — нет. Есть люди, не блещущие способностями, но, благодаря стремлению, трудолюбию, они выходят вперед, оставляя позади изначально более талантливых.
– Даже явных гениев?
– Про них я не говорю. Сколько бы человек ни трудился, а стать таким, как Леонардо да Винчи, Эйнштейн или Моцарт, без соответствующей генетики все равно не получится. Таких и заставлять заниматься не надо, они сами не смогут сидеть без дела.
– Какие советы вы могли бы дать родителям?
— Нельзя заставлять учить читать и писать раньше, чем ребенок созреет для этого. Это все равно, что на старом компьютере 286-й модели моделировать пентиум. Он будет работать, но очень медленно, скрипя и пыхтя.
Также и детям нельзя раньше времени вкладывать сложные понятия в их маленькие головки. Они усвоят предмет плохо, причем навсегда. Если начать обучать их письму, когда еще не развит моторный центр мозга, у них уйдет много сил на преодоление этой проблемы, и результат все равно будет не из лучших.
– Сколько языков можно преподавать им?
– Одного хватит вполне. Надо оставить время на сказки и игры во дворе.
– Вред от электромагнитных волн для мозг доказан?
— Этот вопрос изучается уже 30 лет. И до сих пор однозначного ответа нет. Но я бы посоветовал, на всякий случай, остерегаться слишком долгих разговоров по мобильному телефону с прикладыванием его к уху. Например, сейчас я вами разговариваю по телефону в режиме громкой связи.
Не рекомендуется носить телефон в нагрудном кармане. Почему? Очень часто бывает так, что при попадании в область слабого сигнала ваш телефон на полную мощность включает излучение, чтобы найти связь. Пока доказательств явного вреда от этого не представлено, но на всякий случай надо избирать разумную линию поведения. Тут можно привести в пример слова одного нобелевского лауреата. Когда его спросили: «Почему вы не начинаете ничего в понедельник, — неужели вы верите в приметы?», он в шутку ответил: «Я в них не верю, но я их боюсь».
Что самое загадочное в мозге
С развитием новых методов в нейрофизиологии скрытые возможности мозга человека становятся объектом научных исследований. В.М. Бехтерев [1], Н.П. Бехтерева [2], Н.И. Кобозев [3] и многие другие в своих исследованиях доказали, что физиологический мозг не способен полностью обеспечивать сознательные и тем более бессознательные функции из-за низкой скорости передачи электрических импульсов в межнейрональных синапсах. Известно, что в синапсах импульсы задерживаются на 0,2–0,5 миллисекунд, тогда как человеческая мысль возникает гораздо быстрее.
На данном этапе развития нейрофизиологии мы хорошо представляем, как работает одна нервная клетка. Основываясь на данных научных исследований академика П.К. Анохина, в возникновении временной связи при образовании условных рефлексов лежит сенсорно-биологическая конвергенция импульсов на каждой клетке коры. Метод ПЭТ дает возможность проследить, какие области функционируют при выполнении тех или иных психических функций, но все же недостаточно известным остается то, что происходит внутри этих областей, в какой последовательности и какие сигналы посылают друг другу нервные клетки и как они взаимодействуют между собой. На карте мозга, определены области, отвечающие за те или иные психические функции. Но между клеткой и областью мозга находится еще один, очень важный уровень – совокупность нервных клеток, так называемый ансамбль нейронов, функции которых представляют большой научный интерес.
В своей работе «Рефлексы головного мозга» И.М. Сеченов [4] впервые утверждал, что в основе психических процессов лежит рефлекторный принцип деятельности. Он приводил утвердительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности, то есть все переживания, мысли, чувства, возникают в результате воздействия на организм какого-либо физиологического раздражителя. И.П. Павлов создал свою теорию условных рефлексов, согласно которой горизонтальная корковая временная связь при образовании условных рефлексов основывается на свойствах нервных центров – иррадиации, доминантного возбуждения центров безусловных раздражителей и проторении пути. Много исследований было проведено В.М. Бехтеревым, который занимался строением мозга, связывал с ним его функции. Им предложен метод, позволяющий досконально изучить пути нервных волокон и клеток, по которым создан «атлас головного мозга». Настоящий прорыв в изучении мозга происходит тогда, когда удается войти в прямой контакт с клеткой мозга. Метод представляет собой непосредственное вживление в мозг электродов в диагностических и лечебных целях. Электроды вживляются в различные отделы мозга, при раздражении которых происходит повышение его активности, что позволяет детально изучить процессы, происходящие в нем.
Предполагалось, что мозг поделен на четко разграниченные участки, каждый из которых «отвечает» за свою определенную функцию. Например, это зона, отвечающая за сгибание мизинца, а это зона, ответственная за любовь. Эти выводы основывались на простых наблюдениях: если данный участок повреждался, то и соответственно функция его нарушалась.
В настоящее время становится ясным, что все не так просто: нейроны внутри разных зон взаимодействуют между собой весьма сложным путем, и нельзя осуществлять везде четкую «привязку» функции к области мозга в том, что касается обеспечения высших функций, то есть можно лишь сказать, что данная область имеет отношение к памяти, речи, эмоциям. Пока трудно объяснить, что этот нейронный ансамбль не кусочек мозга, а широко раскинутая сеть и только он отвечает за восприятие букв, а другой ансамбль – за восприятие слов и предложений. Сложная работа мозга по обеспечению высших видов психической деятельности похожа на вспышку салюта: мы видим сначала множество огней, а потом они начинают гаснуть и снова загораются, перемигиваясь между собою, какие-то кусочки остаются темными, другие вспыхивают. Таким же образом и сигнал возбуждения посылается в определенную область мозга, но деятельность нервных клеток внутри нее подчиняется своим особым ритмам, своей иерархии. Благодаря этим особенностям разрушение одних нервных клеток может оказаться невосполнимой потерей для мозга, а другие вполне могут заменить соседние «переучившиеся» нейроны, то есть проявляется свойство нервных центров – пластичность. К выполнению своей работы ряд нейронов готов с самого рождения, а есть нейроны, которые можно «воспитать» в процессе развития, поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных клеток.
Нейроны подкорковых глубоких структур мозга решают задачу всем миром, сообща. Тогда как нейроны коры, которые эту проблему решают самостоятельно, в действительности повышают ее активность, а частота импульсаций нейронов глубинных структур понижается. Высшие функции мозга обеспечиваются расшифровкой нервного кода, то есть пониманием того, как отдельные нейроны объединяются в структуры, а структура – в систему и в целостный мозг [5].
По мнению ученых, вокруг головного мозга было выявлено высокочастотное поле, отличающееся от общего биополя человека. Оно получило свое название – психополе. Психополе обеспечивает нормальное высокоскоростное протекание всех нейрофизиологических процессов. Определено, что это психополе настолько высокоэнергетично, что нуждается в особых носителях, которыми являются кристаллы эпифиза. Они дают возможность держать в белковом теле огромный энергоинформационный объем без денатурации белка.
В 60-х годах 20-го столетия профессор МГУ Н.И. Кобозев [3], исследуя феномен сознания, пришел к выводу, что материальная физиология мозга сама по себе не обеспечивает мышления и другие психические функции. Это возможно за счет внешних источников сверхлегких частиц-психонов, которые являются энергетической основой мыслительных и эмоциональных импульсов. В исследованиях был определен органоид, способный улавливать потоки психонов. Было установлено, что кристаллики эпифиза являются носителями голограмм, которые определяют пространственно-временное развертывание всех психогенетических программ, заложенных при рождении. Огромное количество информации о различных позитивных и негативных программах жизни человека хранится в кристалликах эпифиза. Силы психического и духовного воздействия на кристаллики эпифиза определяют, как и какие программы будут реализованы человеком в течение жизни. У многих людей этот процесс протекает неосознанно, и они не могут полностью реализовать свой энергоинформационный потенциал. И по этой причине даже гениальные люди реализуют свои задатки всего лишь на 5–7 процентов.
В критической ситуации, когда проблему надо решать немедленно, начинается активная выработка психической энергии огромной силы. И тогда совершается спонтанный неуправляемый психоэнергетический процесс воздействия на кристаллики эпифиза и в них активируется программа выхода из кризисной ситуации. Только выработка мощных высокодуховных энергий кратковременна, и когда кризис разрешается, забывается величайшие мгновения психоэнергетического напряжения. И не многие могут осознанно управлять психической энергией и решать с ее помощью различные проблемы [6].
Современная нейрофизиологическая наука уделяет особое внимание изучению психоэнергетических процессов в головном мозге. Есть множество институтов и лабораторий, разрабатывающих теоретические проблемы данного направления, разработки которых позволяют практической психологии [7] заниматься проблемами активации резервов психики человека, опираясь не только на эмпирический опыт, но и на научные данные. Сложные нестандартные проблемы могут быть эффективно решены только при активации программ развития, в пробуждении скрытых резервов психики. Данный подход дает возможность проявить весь потенциал личности и предоставить эффективные способы его реализации.
В возрасте 40–70 лет мозг имеет свои особенности. Интеллектуальная «мощь» при здоровом образе жизни не падает с возрастом, а только возрастает. Максимальное проявление когнитивных функций находится в интервале 40–60 лет. С 50 лет человек при решении проблем использует одновременно не одно полушарие, как у молодых, а оба (мозговая амбидекстрия). Считается, что в среднем возрасте человек становится более устойчив к стрессам и может более эффективно работать в условиях сильной эмоциональной нагрузки. Нейроны головного мозга не отмирают как полагали до 30 %, а могут пропадать связи между ними в том случае, если человек не занимается серьезным умственным трудом. Количество миелина (белое вещество мозга) с возрастом в головном мозге возрастает, и достигает максимума после 60 лет, при этом значительно возрастает интуиция.
Мозг в 40–70 лет принято рассматривать не как зрелый, целостный и готовый к работе, а как находящийся на спаде и не вполне справляющийся со своими функциями. Ряд российских ученых-психологов пришел к такому же выводу: с возрастом мозг человека начинает работать эффективнее, чем в молодости.
Нейроны и нейромедиаторы
Химические цепочки
Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).
Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.
Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств
Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Серотонин
Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.
В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с 
гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.
Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.
Дофамин
Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.
С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.
Гамма-аминомасляная кислота
Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.