Что мы сейчас знаем о мозге?

Что мы сейчас знаем о мозге?

Теперь, когда наши размышления о мозге, мышлении и поведении близятся к концу, давайте еще раз вернемся к отдельным моментам главы 1, где мы пытались оспорить ваши возможные предубеждения. Возможно, некоторые ваши представления теперь изменились. И уж наверняка они имеют теперь более прочную основу.

Почему нужно изучать мозг?

Наиболее очевидный стимул для изучения мозга состоит в том, что точные знания о самом важном органе нашего тела и наиболее сложном из всех известных биологических устройств просто-напросто доставляют интеллектуальное удовлетворение. Кроме того, очень сложные биологические загадки всегда возбуждали острую любознательность ученых. Вспомним, что когда-то никто не мог себе представить, каким образом вся генетическая информация, необходимая для построения человеческого организма, может содержаться в клеточном ядре, образовавшемся при слиянии одного сперматозоида с одной яйцеклеткой. До тех пор пока ученые не проникли в тайны молекулярного строения нуклеиновых кислот, составляющих гены и хромосомы, эта проблема не имела решения. В 1953 году положение резко изменилось. Открытие истинной структуры молекул ДНК быстро дало ключ к верному решению проблемы. Каким образом иммунная система производит специфические антитела против самых разнообразных химических веществ, иногда даже таких, которые только что синтезированы химиками? До выяснения молекулярной структуры антител и молекулярно-биологического анализа ее вариаций и на этот вопрос ответа не было. Ныне известно, что в лейкоцитах, вырабатывающих антитела, возможны рекомбинации элементов генетического материала, дающие множество различных новых структур. Ученые считают, что именно эта комбинаторная способность и обеспечивает огромное разнообразие реакций иммунной системы. Будучи активирован, лейкоцит усиливает остроту своей реакции на соответствующий антигенный стимул и передает эту специфическую способность своему потомству — последующим поколениям дочерних клеток.

Все эти генетические и иммунологические загадки некогда казались столь же неразрешимыми, как и те, которые сегодня касаются мозга. Но поскольку решение первых все же было найдено, не нужно приходить в отчаяние, сталкиваясь с очевидной сложностью мозга. Знание клеточной структуры и организации мозга — это уже первый шаг на пути к пониманию того, как работают его структурные элементы, как они объединяются в комплексы и сети, благодаря совместному действию которых реализуются специфические регуляторные и поведенческие программы.

На рис. 182 и 183 суммированы два общих, но противоположно направленных подхода, которыми мы пользовались при изучении мозга на протяжении всей нашей книги. На рис. 181 представлен метод изучения «сверху вниз», когда при данной специфической форме поведения прослеживается связь ее общей схемы с нервными сетями, нейронами, синапсами и медиаторами, активируемыми для ее осуществления. Рис. 183 иллюстрирует противоположный подход, направленный «снизу вверх», при котором любой данный нейрон и вся система его синапсов с их медиаторами рассматриваются как часть специфических клеточных комплексов, служащих в свою очередь для реализации поведенческих программ в соответствии с нуждами организма.

Мозг и физическое здоровье организма

При многих заболеваниях внутренняя среда выходит из-под нормального надзора и контроля со стороны мозга. Сахарный диабет, язвенная болезнь, гипертония и астма — вот всего лишь несколько примеров. Поскольку мозг играет центральную роль в регуляции внутренней среды организма, необходимо лучше знать его функции, чтобы совершенствовать методы профилактики и лечения этих болезней. Хотя теперь вам уже кое-что известно о том, как мозг регулирует деятельность органов с периферической вегетативной иннервацией, мы все же вкратце рассмотрим еще случай сахарного диабета.

Мозг и диабет. Вам, вероятно, будет любопытно больше узнать о недуге, который каждый год поражает 600 000 новых жертв и является главной причиной потери зрения у взрослых людей, а также заболеваний сердца, почек и импотенции. В возникновении этой болезни мозг играет решающую роль. Речь идет о сахарном диабете второго типа — независимом от инсулина.

При обычном, или инсулинозависимом, сахарном диабете, впервые проявляющемся, как правило, в подростковом возрасте, выделяющие инсулин клетки поджелудочной железы по неизвестным причинам (возможно, из-за вируса) погибают. С этого времени больному необходимы ежедневные инъекции инсулина для поддержания нормального уровня сахара в крови. При диабете второго типа поджелудочная железа производит достаточное количество инсулина, как показывает определение его концентрации в крови. Однако клетки печени и мышц, нуждающиеся в инсулине для использования сахара крови, теряют способность реагировать на этот гормон. По-видимому, на их поверхности недостает инсулиновых рецепторов. Хотя окончательные причины утраты чувствительности к инсулину еще не установлены, обнаружен поразительный факт: почти 90% больных острой формой такого диабета страдают ожирением. По предположению некоторых ученых, постоянное переедание ведет к хронически высокому содержанию инсулина в крови, и чувствительные к инсулину клетки адаптируются к его высоким уровням, снижая свою чувствительность к нему. Это объяснение очень сходно с тем, которое выдвигают в случае изменения реакции на медиаторы при психозах.

У диабетиков второго типа образуется достаточное, даже близкое к избыточному, количество инсулина, — поэтому инъекции инсулина не принесут им никакой пользы. Наилучший способ лечения состоит в том, чтобы урегулировать привычки, связанные с приемом пищи, нормализовать вес тела и количество жира. После снижения веса и отказа от вредных привычек чувствительность к инсулину жировых, мышечных и печеночных клеток восстанавливается, и болезнь отступает. Таким образом, регуляция со стороны вегетативной нервной системы и сознательный контроль над тем, когда, что и сколько есть, являются основными факторами, определяющими картину заболевания. Конечно, на деле все обстоит не так просто: далеко не каждый человек с избыточным весом заболевает диабетом — по крайней мере пока еще не каждый. Однако управление питанием всецело зависит от головного мозга.

Мозг и психосоматические заболевания. Многие сторонники широкого использования нейробиологического подхода в медицине в подтверждение своей точки зрения ссылаются на повышение частоты «психосоматических» заболеваний под влиянием стрессов современной жизни. Термин «психосоматический» имеет несколько различных значений. Прежде его применяли для описания «истерического паралича», которым иногда сопровождаются неврозы с резко выраженным беспокойством и фобии; мы же употребляем здесь этот термин, когда речь идет о физических расстройствах, которые могут развиваться в результате стресса. При этом мы подразумеваем не просто прямую реакцию здорового организма на какое-то стрессогенное событие, которое требует изменений в действиях или в их планировании. Вместо этого мы имеем в виду конечный физический результат продолжительного воздействия тяжелого стресса, т. е. такие реакции на внешний мир, которых организм не может избежать, но не может и выдержать или успешно адаптироваться.

Рис. 182. Последовательность процессов при реакции на зрительный стимул, прослеженная через весь мозг — от сетчатки и зрительного тракта до зрительной коры и лобной ассоциативной коры (цифры 1-13). При двигательной реакции, если она происходит, возбуждение распространяется с лобной коры на двигательную кору, передается через синапс мотонейрону (изображен справа в увеличенном виде), затем спускается по стволу мозга и по соответствующему нерву доходит до мышцы, которая и приводит в движение глаз.

Нейрон окружают капилляры и глиальные клетки. Многие аксоны образуют синапсы на теле и дендритах нейрона. Аксон одет миелиновой оболочкой.

Рис. 183. Типичный мотонейрон (частично в разрезе); можно видеть его внутреннюю структуру и синапс с аксоном вставочного нейрона.

Популярные журналы часто перечисляют стрессовые события нашей жизни — такие как смерть супруга или ребенка, развод, потеря работы, — вслед за которыми могут довольно быстро развиться серьезные, а подчас и смертельные заболевания. Такие перечни, составляемые психологами страховых компаний, обычно бывают снабжены какой-либо шкалой для оценки степени тяжести каждого стресса. Эпидемиологические исследования выявляют также большое влияние «образа жизни» — питания, выбора профессии, удовлетворенности от выполняемой работы, употребления алкоголя, курения, пристрастия к наркотикам, переедания — на частоту развития болезней сердца и гипертонии.

Хотя наш повседневный опыт как будто подтверждает, что стиль жизни может угрожать здоровью, истинные причинно-следственные связи еще предстоит выявить. Стрессы — это составная часть всей нашей жизни, по крайней мере до некоторой степени. Хотя у отдельных людей, испытывающих крайне тяжелые стрессы, действительно развиваются смертельные заболевания — назовем в качестве примера бывшего шаха Ирана и премьер-министра Франции Помпиду, — у многих других, в том числе и пользующихся международной известностью, действие аналогичных стрессовых ситуаций обходится без явных патологических последствий.

Если удастся подтвердить наличие какой-то биологической связи между стрессом и болезнью, то тогда, вероятно, можно будет объяснить, почему одни поддаются стрессу, а другие — нет, с какими именно факторами это связано. В одной недавно выдвинутой гипотезе предполагается, что в результате продолжительного и тяжелого стресса мозг, гипофиз или вегетативная нервная система выделяет какие-то агенты, нарушающие нормальную функцию иммунной системы. Как полагают медики, иммунная система представляет собой первую линию обороны против потенциально опасных вирусов или бактерий. Без активной иммунной системы человек не может выжить в реальном мире. Это показал случай с мальчиком Джимми, который страдал от врожденной иммунной недостаточности и умер от инфекции вскоре после того, как он расстался со стерильной камерой.

Кроме того, иммунная система распознает и уничтожает те клетку, у которых нарушается нормальный цикл деления, вследствие чего они превращаются в раковые. Именно нарушение этих двух функций (а отсюда — подверженность инфекционным и злокачественным заболеваниям) и представляет главную опасность для жертв синдрома приобретенного иммунного дефицита (СПИД).

Некоторые гормоны, выделяемые гипофизом во время острого стресса, в самом деле оказывают влияние на функцию клеток, производящих антитела. Повреждения гипоталамуса, нарушающие контроль над гипофизарной секрецией у экспериментальных животных, приводят к более длительному выживанию большего числа опухолевых клеток. Далее, синтетические адренокортикостероиды, подобные тем, которые в норме образуются в организме во время острого стресса, но намного сильнее действующие, часто применяются при лечении хронических воспалительных заболеваний, для того чтобы уменьшить реакцию иммунной системы. Эту систему, пожалуй, можно было бы рассматривать как отдаленный придаток мозга, который защищает организм от нежелательных клеточных элементов.

Какими бы привлекательными ни казались эти гипотезы, все попытки проверить их научную ценность пока не привели к однозначным результатам. Поскольку нет подробных сведений о специфическом химизме тех факторов (каковы бы они ни были), которые изменяют реактивность клеток иммунной системы, практически невозможно понять, что именно — мозг, гипофиз или вегетативная нервная система — может в нормальных условиях продуцировать подобные вещества. Нужны какие-то исходные сведения, чтобы можно было думать об экспериментальном подходе к оценке относительной роли факторов нейронного происхождения в функции клеток иммунной системы.

«Эксперименты природы», как иногда называют связанные со стрессом заболевания, очень плохо поддаются причинно-следственному анализу. Пример, приводимый американским психиатром Сэмом Гьюзом, показывает, насколько сложно бывает отделить одни факторы от других. Женщина средних лет, страдавшая тяжелой депрессией, имела более или менее нормальное детство до тех пор, пока вскоре после смерти матери от рака груди у нее не развилась астма. Свидетельствует ли это о связи между раком и депрессией? Или же это означает, что смерть матери как причина стресса привела к «психосоматической» астме, а спустя много лет последствия той же психической травмы выразились в повышенном риске заболевания депрессией? А может быть, в основе всего лежит более общая, вероятно наследственная, недостаточность иммунной системы, которая привела к раку у матери и обусловила у ребенка повышенную чувствительность к ранее переносимым загрязнениям окружающей среды? Все эти предположения кажутся сомнительными. Но если бы мать, подавленная безнадежностью своей болезни, покончила с собой, то в этом случае, пожалуй, можно было бы думать, что и у матери, и у дочери имелась генетическая предрасположенность к развитию аффективного психоза.

Все эти объяснения могли бы быть и верными, и неверными. Во всяком случае исключить роль тех или иных факторов не менее трудно, чем доказать их участие в многогранных и запутанных причинно-следственных связях, которыми пронизана вся наша жизнь. Или — если изложить ту же мысль попроще -всякое событие в любом отдельном клиническом случае можно истолковать по-разному. Чтобы установить специфическую причинно-следственную связь между стрессом и болезнью, нужно сначала как-то выяснить, почему для одних людей некоторые события более стрессогенны, чем для других. Все эти вопросы весьма существенны для решения важнейших проблем здоровья и болезни, но, по крайней мере на данном этапе, они мало доступны для имеющихся ныне исследовательских подходов.

Что делает мозг?

Читая главу 1, вы познакомились с перечнем специфических действий, которые можно было бы приписать мозгу. Затем мы с вами отнесли различные виды деятельности к пяти главным функциям: восприятию, движению, внутренней регуляции, размножению и адаптации. Эти пять функций, как мы говорили, являются основными свойствами всех животных организмов, независимо от того, насколько сложен их мозг и даже есть ли он у них. И наконец, мы пришли к заключению, что мозг — это орган, специализированный таким образом, чтобы помогать организму выполнять основные жизненные функции в соответствии с условиями окружающей среды.

Еще важнее то, что мозг управляет поведением и осуществляет психическую деятельность. От успешного функционирования нервной системы зависит способность того или иного существа воспринимать окружающее, адаптироваться к миру, где оно живет, и жить в нем достаточно долго для того, чтобы произвести потомство и таким образом поддержать существование вида. Однако символические действия высшего порядка, которые производит человек, когда выполняет математические вычисления, преобразует мысли в устную или письменную речь, сочиняет музыку или стихи, рисует, танцует или даже конструирует новые компьютеры, далеко выходят за рамки выживания во имя размножения. Все эти действия есть результат необычайных свойств человеческого мозга. Пока не ясно, какие формы «мышления» (если они есть) могут быть аналогами этих функций человеческого мозга у других приматов и у домашних животных, которым многие люди приписывают в какой-то мере разумное поведение.

Эмоции, которые мы испытываем, придают нам большую решимость выполнять трудные задачи, усиливают значимость успешных действий и заставляют нас помедлить, прежде чем повторно взяться за дело, исход которого по прошлому опыту можно оценить как сомнительный. В мире позвоночных общие эмоциональные проявления, связанные, по-видимому, с совершенно бессознательными мозговыми процессами, вероятно, куда более обычны, чем «разумные» операции. Несомненно верно то, что некоторые простейшие формы рефлекторного научения, основанные на динамической регуляции синаптической передачи, можно выявить у организмов с крайне простым строением нервной системы. Те же самые механизмы, распространенные на неизмеримо большее число нейронов, могли бы действовать при всех формах научения. Возможно, однако, что в мозгу с более обширными популяциями нейронов и более разнородными сетями могут вступать в действие более сложные механизмы, локализация и устройство которых пока неизвестны.

Вопрос о том, согласуются ли мыслительные акты с теми принципами нейробиологии, которые сформулированы на сегодняшний день, остается, по крайней мере теоретически, открытым для дискуссий. Центральное положение этой книги состоит в том, что все нормальные функции здорового мозга и все нарушения больного мозга, какими бы сложными они ни были, можно в конечном счете объяснить на основе взаимодействия структурных компонентов мозга.

Что такое мышление? Философы, проявляющие большой интерес к спорам о природе мышления, делятся на два лагеря. Те, кого называют монистами или материалистами, полагают, что мышление, так же как и все другие осознаваемые психические процессы, в принципе является производным физических процессов, происходящих в органе поведения — нервной системе, — и может рассматриваться как функция этого органа. Представители противоположного лагеря, называемые дуалистами, утверждают, что мышление представляет собой нечто даже в основе своей несводимое к физическим процессам. Некую промежуточную позицию занимают те, кто называет себя менталистами. Они признают важное значение мозга для духовной деятельности, но полагают, что функционирование мозга основано на пока еще неизвестных рабочих принципах, отличных от тех, которые ныне признаются нейроанатомами и нейрофизиологами. У них есть своя литература, отстаивающая эту точку зрения, но, честно говоря, большинству биологов, специалистов в области когнитивных функций нервной системы и психологов трудно принять концепцию менталистов и даже представить себе, как ее можно было бы подвергнуть проверке.

Позиция авторов настоящей книги ближе всего смыкается с позицией материалистов. Некоторые известные менталисты и дуалисты полагают, что в конечном итоге можно будет отделить процессы, с помощью которых мозг осуществляет психические акты, от тех, которые лежат в основе прочих функций, уже достаточно изученных. В этой книге мы касались только тех уже известных компонентов мозга и принципов функционирования, которые участвуют в сенсорных, двигательных и регуляторных процессах, так как учебные пособия, а тем более вводные курсы должны давать читателям сведения, основанные на самых солидных научных данных.

Обобщение рабочих принципов более или менее изученных систем может действительно привести и к пониманию более сложных процессов, близких к мышлению, но все это еще далеко не ясно. На сегодняшний день мы должны придерживаться надежного пути и отстаивать наше основное положение в его крайней материалистической формулировке, до тех пор пока не появятся данные в пользу какой-нибудь новой ненейронной гипотезы о мыслительной деятельности.

Возможен ли искусственный интеллект? Если компьютер сможет выполнять такие же абстрактные рассуждения и решать такие же задачи, как и человек, будет ли это означать, что человеческий мозг не нужен для духовной деятельности? Разумеется, нет. Тот факт, что человек может спроектировать компьютер, перерабатывающий информацию и принимающий решения в конечном результате наподобие человека, ничего не говорит о том, каким образом то же самое осуществляет человеческий мозг.

Компьютеры могут быть устроены так, чтобы они принимали логические решения, причем делали бы это безупречно и неустанно. Способность даже относительно простой цифровой вычислительной машины прослушать человеческую речь и не просто «понять», в чем суть вопроса, но и решить, относится ли говорящий к числу тех лиц, которым надлежит выдавать ответы, означает такой технологический уровень, который может во многих отношениях улучшить человеческую жизнь. У людей, несомненно, станет больше времени для того, что они так хорошо делают (пусть эпизодически и непредсказуемо) — например, для создания таких сложных вещей, как компьютеры, оперы или преобразователи солнечной энергии. По этим-то причинам мы и относимся с таким энтузиазмом к достижениям в области искусственного интеллекта. Но на сегодня и, вероятно, в обозримом будущем мы предлагаем придерживаться той точки зрения, что мышление и вообще духовная деятельность — это в целом нечто такое, что свойственно только человеческому мозгу.

Последнее замечание. Научный метод существует для того, чтобы опровергать ошибочные интерпретации, а не для того, чтобы поддерживать слабо обоснованные предположения. Если будут изобретены такие методы и представлены такие данные, которые убедительно покажут, что духовная деятельность возможна и без человеческого мозга, значит — так тому и быть. Ведь, в конце концов, прогресс заключается в том, чтобы заменять явно ошибочные теории на такие, ошибочность которых менее очевидна.