Мозг против мозга. Mind vs brain: читать начало книги онлайн

Нет, конечно, современные компьютеры значительно превосходят даже человека во многих областях. Но это вообще свойственно творениям человеческого разума: автомобиль быстрее, чем бегун; кольт сильнее, чем кулак; а компьютер быстрее считает. Однако когда говорят о полете к Марсу, то рассматривают возможность отправить именно человека, а не робота, хотя это несравненно дороже и сложнее. Почему? Да потому, что мы не знаем, с чем там столкнемся, а значит, потребуется МОЗГ с его возможностями решать нетривиальные задачи.

Практически для любой стереотипной деятельности легко заменить человека роботом. Но измените условия игры или вообще отмените большую часть правил. Даже не очень высокоорганизованное животное приспособится. А робот? Попробуйте уничтожить городских крыс, которые, несмотря на все наши усилия и ухищрения, выживают в любых условиях!

Зайдите в игрушечный магазин. Там сейчас такие мягкие игрушки, что диву даешься. Монстры! Но любой ребенок, не думая, просит дать ему «вон ту» собачку и «вон того» мишку. Как он их различает? Почему это собака, а это мишка? А все мои собаки прекрасно ориентировались в обстановке, классифицируя объекты и мгновенно вырабатывая к ним свое отношение. Так вот, до сих пор мы не понимаем, чем обусловлены эти способности мозга. Почти невозможно представить себе, что все наше «я», весь наш внутренний мир заключен в этом органе. И не только потому, что он относительно мал (всего 1–2 килограмма), но еще и потому, что он очень противоречиво, с нашей точки зрения, устроен. Многим ученым казалось, что еще немного, и они разгадают его тайны, но в самый последний момент четкие построения рушились. Разочарования были очень сильны. Даже некоторые нобелевские лауреаты не могли поверить, что человек мыслит мозгом. Джон Экклс, легендарный австралийский нейрофизиолог, в какой-то момент научной карьеры пришел к мысли, что существует дух, витающий вне мозгового субстрата и управляющий деятельностью мозга человека.

Надо отметить, что структурно человеческий мозг исследован довольно хорошо. Известно, что он состоит из двух симметричных полушарий (на самом деле все сложнее, но не будем на этом – как и на многом другом, для науки важном, а для нас малозначимом – останавливаться), в каждом из которых есть кора и глубокие структуры. Кора каждого полушария делится на четыре доли (по-английски – lobe) (рис. 4).

Рис. 4. Области коры мозга человека: 1 – лобная доля; 2 – височная доля; 3 – ствол мозга; 4 – мозжечок; 5 – затылочная доля; 6 – теменная доля

Считается, что каждая область отвечает за что-нибудь только свое. Это неверно, как неверны и рассуждения о строгом разделении функций между полушариями – миф, который возник на ранних этапах исследования мозга и сохранился до наших дней. К примеру, можно услышать о том, что вся речь «размещается» в левом полушарии. Ничего подобного! Я сам во время эксперимента наблюдал возбуждение нейронов, расположенных в правом полушарии, связанное с обеспечением речи. На самом деле для обеспечения любого действия в мозге человека складывается сложнейшая система, состоящая из нейронов правого и левого полушарий. Жестко анатомически к полушариям привязаны движения и чувствительность. Один из величайших ученых мира, Луи Пастер, перенес серию инсультов, в результате чего у него висела левая рука и волочилась левая нога. Но его сознание, ум оставались кристально четкими. Он сделал все открытия, его прославившие, задействовав лишь одно полушарие. Это за счет того, что система перестроилась и сохранные участки мозга взяли на себя часть функций пораженных.

Глубокие структуры также неоднородны и состоят из большого количества скоплений определенных клеток, называемых ядрами, например хвостатое ядро, бледный шар. Между собой структуры связаны проводящими путями. Также известно, что мозг состоит из определенных клеток (нейронов), свойства которых достаточно хорошо исследованы. К настоящему моменту изучены анатомия мозга и анатомические связи между его элементами. Более или менее понятно, как в мозг приходят и как из него уходят сигналы. Более того, понятно, как происходит начальная обработка этих сигналов. Нейроны называют «кирпичиками» мозга, но каждый нейрон – чрезвычайно сложное образование, живущее своей жизнью, общающееся с соседями, близкими и дальними. Считается, что его основное предназначение и свойство – испустить импульс. Он может это делать и сам по себе (спонтанная импульсация), и в ответ на сигналы других нейронов. Как он это делает, тоже достаточно хорошо, но далеко не полностью изучено.

Итак, мы знаем вход и выход системы, мы знаем ее архитектуру и ее составные элементы. Но мы не знаем главного – КАК ВСЕ ЭТО РАБОТАЕТ.

Мы знаем, что нейроны обмениваются информацией. Но как они организуются в систему? Длительность импульса нейрона – 1 миллисекунда. Скорость передачи информации – порядка полутора километров в секунду. Сравните с компьютером: гигагерцы и скорость света. Есть понятие тактовой частоты – времени совершения одного действия, одного шага. Так вот, время шага мозга – миллисекунды, то есть частота порядка килогерца. А у современного ПК – гигагерцы, в миллиард раз больше. От одного элемента мозга к другому информация идет со скоростью 1,5 км/с. А у ПК – 300 000 км/с.

Разница в двести тысяч раз, а мозг работает лучше! Значит, мы до сих пор не понимаем основных принципов его работы. Кроме того, это показывает неправильность всяких аналогий «мозг – компьютер». Скорее всего, деятельность мозга строится на других принципах. Каких? Мы еще не знаем.

Вообще – это философский вопрос. Мозг человека – самый сложный объект из известных нам во Вселенной. Значит, все, что мы до сих пор исследовали с его помощью, было проще? А можно ли вообще с помощью мозга познать мозг? Может быть, и нельзя, но надо пытаться, да мы просто не можем остановиться на полпути! И если мы познаем законы мозга, то это будет открытием, сравнимым с открытием колеса или приручением огня, только гораздо более значимым, последствия которого мы сейчас не можем предсказать.

Глава 1. Думающий «грецкий орех»

Научный взгляд на извилины

Надо сказать, что, в отличие от остальных органов, мозг наиболее загадочен уже с первого взгляда. Если взять автомат Калашникова или простой автомобиль, то даже человеку, не знакомому с техникой («физиологией машин»), нетрудно, во-первых, определить их назначение; во-вторых, понять функциональную роль каждой детали. Однако если взять современный навороченный автомобиль или современное оружие, то там появляются элементы, которые выглядят просто ящичками. Что они делают – неясно. Это приборы управления, бортовые компьютеры. Если вскрыть корпус компьютера («трепанация»), то появятся еще ящички, открыв которые мы ничего механически понятного не увидим: кристаллы и проводники.

Так и с мозгом. Несмотря на невероятную сложность физиологии почки, печени и других органов, в общем понятно, для чего они существуют и как работают. А заглянув под черепную коробку, можно увидеть лишь слабо пульсирующую субстанцию, пронизанную сосудами. Можно также заметить, что мозг состоит из двух симметричных полушарий. Дальше мы обнаружим деление на глубокие структуры и покрывающую их кору, образующую извилины и борозды. Однако понять, опираясь на эти наблюдения, даже простейшие принципы работы мозга совершенно невозможно.

Как же, с помощью каких методов исследователям удалось в определенной степени сложить из отдельных деталей картину (или по крайней мере нарисовать эскиз)? Это была чрезвычайно кропотливая и сложная работа. Каждый, кто распутывал «бороду» из лески на спиннинге или моток шерсти, знает, как это непросто. А теперь представьте себе, что нервная клетка (нейрон) состоит из тела клетки (сомы) и длинного отростка (аксона), уходящего вдаль (рис. 5). И вот все эти аксоны перепутаны. Их по меньшей мере 10 миллиардов. Ничего себе клубочек!

Клубок этот начали распутывать еще древние. Марк Твен был прав, когда говорил, что знания, которыми не обладали древние, были огромны, но и знания, которыми они обладали, были немалыми. В царствование Птолемея I Лагосского (IV–III вв. до н. э.) было разрешено вскрывать трупы и даже исследовать анатомию живых преступников. Врач Герофил именно на основе этих исследований пришел к выводу, что головной мозг представляет собой орган мышления и является центром нервной системы. В труде «Анатомика» он подробно описал нервную систему, показал, что спинной мозг является продолжением головного, описал части головного мозга, его оболочки и желудочки. Он считал, что движения связаны с нервами, а параличи вызваны нарушениями в их работе.

Рис. 5. Строение нейрона: 1 – дендрит; 2 – ядро; 3 – клеточное тело (сома); 4 – аксон; 5 – миелиновая оболочка

К сожалению, в Средние века практически полное главенство захватила концепция действительно величайшего ученого Античности Аристотеля. Это сыграло отрицательную роль в развитии науки вообще и науки о мозге в частности. В то время преобладало пренебрежение опытом и возвышение логики. Так, исходя из логики, Аристотель считал, что у женщин меньше зубов, чем у мужчин. Даже будучи дважды женатым, он не удосужился пересчитать у своих жен зубы. Однако учение и философия Аристотеля столь огромны и запутаны в многочисленных комментариях, что в этой книге я не буду его приводить. А логику человеческого организма мы не понимаем до сих пор.

Прошло два тысячелетия, прежде чем догадки Герофила и его последователя Галена утвердились в умах европейских ученых. Немного позднее врач-исследователь Эразистрат из Кеоса (около 300–240 гг. до н. э.) развил исследования Герофила. Он также проводил вскрытия, на основе которых описал макроскопическое строение головного мозга, в том числе – мозговые извилины, отверстия между третьим и боковыми желудочками, мембрану, отделяющую мозжечок от мозга. Он обнаружил двигательные и чувствительные нервы. Кстати, именно он впервые ввел термины «мозг» и «мозжечок» (1)[1], «паренхима» (2), «плетора» (3), «булимия» (буквально – «бычий голод») (4), «анастомоз» (5) (точнее, «synanastomosis»; приставку «syn» позднее отбросил Гален), «артерия». Эразистрат (рис. 6) обратил внимание на извилины коры мозга, связав их количество с умственным превосходством человека над животными. Он впервые создал психофизиологическую концепцию механизма сознания, согласно которой душа располагается в желудочках мозга, и кровь, проходя сквозь мозг, соприкасается с душой и «вырабатывает» сознание.

Рис. 6. Портрет Эразистрата (Дидье Декуэн, 1860). Эразистрату принадлежит первая в истории попытка сформулировать психофизиологическую концепцию механизма сознания: душа (пневма) располагается в желудочках мозга, самым главным из которых является четвертый

Гиппократ (рис. 7) считал, что в мозгу имеется три желудочка, каждый из которых занят обеспечением конкретного вида деятельности. Провидение гения: интеллект он «разместил» в переднем желудочке, то есть во фронтальной коре (рис. 8), куда его «помещают» и по сей день.

Рис. 7. Гиппократ (ок. 460 до н. э. – ок. 370 до н. э.). Крупнейший врач эпохи Античности, прозванный «отцом медицины»

Рис. 8. Модель трех желудочков Гиппократа. В переднем желудочке – интеллект

Скорее всего, представления древних о роли мозга связаны с тем, что функции остальных органов были более или менее понятны (сердце – насос и т. п.). С другой стороны, наблюдения показывали, что повреждение именно мозга приводило к расстройствам психики. Кстати, именно это соображение и, конечно, боевые раны привели к развитию нейрохирургии у древних. Пластинками закрывали травмы черепа, и наоборот, для выпускания «злого духа» в черепе сверлили отверстия. Последнее уже в чистом виде можно назвать психохирургией. Несмотря на общий уровень медицины того времени, археологи находят черепа людей, не только выживших, но и долго проживших после таких операций (рис. 9, 10).

[1] Цифрами в скобках отмечены термины, пояснения к которым даны в глоссарии в конце книги.