Тайны нашего мозга, или Почему умные люди делают глупости Вонг Сэм

И последний пример потери памяти мы встречаем в мультфильме «В поисках Немо» (2003). В данном случае страдает не человек, а рыбка. Дори дружелюбна, но у нее проблемы с формированием новых воспоминаний. Как и Леонард, она сбивается с хода мыслей, если ее отвлечь. Конечно, не стоит ожидать реалистичности и точности в изображении симптомов, когда речь идет о рыбе, но в сравнении с явными глупостями худших кинолент мы можем смело назвать это минимальным недостатком. В мультфильме реально ощущается чувство потерянности, которое испытывает Дори в поисках жизненного пути, и то, насколько она может раздражать окружающих, даже (и скорее всего, особенно) тех, кто ей близок.

Знаете ли вы? Шизофрения в кино — «Игры разума»

В фильме «Игры разума», изображающем заболевание человека шизофренией в мельчайших подробностях, разыгрывается трагедия жизни математика Джона Нэша. Кинематографический Джон Нэш (вольная интерпретация реального Нэша) видит галлюцинации и начинает придумывать причинные связи между несвязанными событиями. Растущая паранойя и неспособность критически отмести иллюзии постепенно отдаляют его от коллег и любимых.

Это классические симптомы шизофрении, которую вызывают изменения в мозге из-за заболевания, травмы или генетической предрасположенности. Шизофрения обычно настигает людей в возрасте под двадцать лет и чаще поражает мужчин, чем женщин. В определенный момент жизни симптомы шизофрении проявляются у одного человека из сотни. Галлюцинации «экранного» Нэша визуальные — настоящий Нэш ощущал слуховые галлюцинации той же природы.

По большей части фильм соответствует научным представлениям, однако его авторы все же допустили ошибку: Нэша вылечивает сильное чувство любимой женщины. Шизофрения — это не романтичное событие, а физическое заболевание мозга. Некоторый уровень улучшения возможен — у пациентов бывают периоды нормального функционирования, перемежающиеся симптоматическими периодами, и эти симптомы исчезают в одном случае заболевания из шести. Однако в настоящее время причины ремиссии неизвестны. Допущенная в кино ошибка — отображение старого мифа о том, что шизофрения вызвана недостатком материнской любви. У этой идеи нет оснований, она опровергнута данными, однако заставляет матерей и любимых испытывать чувство вины безо всякой причины.

Все это подводит нас к актуальной теме адекватного изображения потери памяти: четкий портрет страдающего амнезией человека. При не слишком точном изображении жертва часто вызывает лишь улыбку или даже становится предметом насмешек. Однако точно переданное состояние больного человека почти всегда вызывает мучительное чувство, а в лучших случаях дает возможность прочувствовать, каково это — оказаться в подобной ситуации.

Глава 3 Мыслящее мясо: нейроны и синапсы

В коротком рассказе «Они сделаны из мяса» Терри Биссон описывает инопланетян с электронными мозгами, обнаруживших планету под названием Земля, на которой самые разумные организмы осуществляют процесс мышления с помощью живой материи. Инопланетяне назвали такой мозг мыслящим мясом. (Грубо, мы знаем это.) Трудно поверить, что наш мозг — это и есть наши мечты, память, вдохновение и дыхание — все мыслительные процессы, однако это правда.

Особенно это впечатляет, когда видишь, насколько ничтожны размеры мозга. Миллиарды нейронов и дополнительных вспомогательных клеток взаимодействуют друг с другом посредством бесчисленного количества синаптических соединений, но все эти операции требуют органа, напоминающего небольшую дыню трех фунтов весом.

Подобно дыне — и всему остальному телу, — наш мозг состоит из клеток. Клетки мозга бывают двух типов: нейроны взаимодействуют друг с другом и с остальными органами тела, а глиальные клетки обеспечивают работу мозга. В нашем мозгу находится около сотни миллиардов имеющих сложную продолговатую форму нейронов, глиальных же клеток гораздо больше. На первый взгляд мозг разных животных выглядит по-разному. (Сравните мозг землеройки и кита, представленные на рисунке.) Однако принципы его работы одинаковы.

В нейроне сигналы переносятся с помощью электричества. Внутренняя часть нейрона заряжена отрицательно относительно наружной стороны, что создает разность потенциалов в мембране. Точно так же из-за разности потенциалов мы ощущаем удар тока 9-вольтовой батарейки, прикоснувшись к ее контактам языком. (Активно движущимся через мембрану ионам для поддержания распределения зарядов требуется больше энергии, чем для любой другой области мозга.) Чтобы послать электрический импульс из одной части в другую, нейрон открывает каналы, позволяющие ионам пересечь мембрану, и создает течение, которое несет электрический сигнал к мембране. Нейроны получают импульс через дендриты — разветвленные древовидные структуры, собирающие информацию из разных источников. Затем нейрон посылает электрический сигнал дальше по длинному, подобному проволоке аксону, передающему химический сигнал другому нейрону, и так далее. Аксоны способны отправлять сигналы на довольно большое расстояние; самые протяженные аксоны в организме человека тянутся от позвоночника до пальцев ног. Самые длинные аксоны у китов достигают 60 футов в длину (около 20 м). Самые длинные аксоны, найденные у землеройки, чей мозг изображен на рисунке на монетке, — не более двух дюймов (около 5 см). Во всех случаях электрические сигналы распространяются при помощи схожих молекул и по одним и тем же биологическим правилам.

Знаете ли вы? Вашему мозгу требуется меньше электричества, чем лампочке в холодильнике Нейроны и синапсы настолько эффективны, что мозг потребляет всего 12 ватт мощности, хотя он делает много больше, чем тусклая лампочка на задней стенке вашего холодильника. В течение дня вашему мозгу требуется такое количество энергии, которое содержится в двух крупных бананах. Любопытно, но хотя мозг чрезвычайно экономен по сравнению с механическими средствами, в биологических терминах это ненасытный потребитель энергии. Вес мозга составляет лишь около 3 % от общего веса тела, но он потребляет одну шестую (17 %) всей энергии тела. К сожалению, это не означает, что вам следует чаще перекусывать, дабы снабдить мозг энергией во время занятий. Большая часть энергии идет на поддержание состояния готовности к мышлению. Для этого мозгу необходимо обеспечивать электрическое поле в мембране каждого нейрона, позволяя ему общаться с другими нейронами. Дополнительные расходы на мышление практически несущественны. Попробуйте посмотреть на это по-другому: вы все время платите за то, чтобы поддерживать свой мозг, поэтому используйте его!

Давайте рассмотрим этот процесс подробнее. Нейроны передают информацию дальше через аксоны, создавая слабые электрические сигналы, которые длятся не более одной тысячной секунды. Эти импульсы, или спайки, представляют собой резкие подъемы в электрической активности нейрона (см. график). Спайки, известные разбирающимся в мозге людям как потенциал действия, выглядят одинаково у кальмара, крысы и у дяди Васи, обеспечивая успех в эволюции живых существ. Проносясь по аксону на скорости до нескольких сотен футов в секунду, спайки несут сигналы от мозга к руке достаточно быстро, чтобы успеть ее отдернуть и избежать укуса собаки или ожога раскаленной сковороды. Они позволяют любому животному избежать угрозы надвигающейся опасности и делают это очень быстро.

Импульс выполняет свою миссию, когда прибывает на конец аксона, где он видоизменяется. Каждый нейрон мозга получает химические сигналы от нескольких нейронов и в свою очередь посылает их другим. Взаимосвязь между нейронами работает на основе химических веществ — нейромедиаторов (или нейротрансмиттеров), выделение которых из небольшого пузырька на конце нейрона вызывается появлением спайка. Каждый нейрон производит и получает до нескольких сотен тысяч химических соединений (синапсов) с другими нейронами. Нейромедиаторы попадают на синаптический рецептор на теле клетки другого нейрона, вызывая, в свою очередь, дальнейшие химические и электрические сигналы. Все эти этапы — от выделения медиатора до его попадания в другой нейрон — занимают около тысячной доли секунды.

Синапсы — необходимые компоненты передачи информации в нашем мозгу. Наши мысли, способности, функции и даже наша индивидуальность — все это определяется тем, насколько крепки наши синаптические соединения, каково их количество и где они расположены. Так же, как соединения в компьютере связывают между собой отдельные внутренние части этого механизма, так и нейроны в основном пользуются синапсами для взаимного общения в мозге. Лишь у небольшой части аксонов синапсы располагаются вне мозга или позвоночника и посылают свои сигналы в другие органы тела, в том числе и в мускулы.

Помимо высокой скорости, синапсы отличаются еще и крошечным размером. Типичный дендрит нейрона в диаметре имеет около двух десятых миллиметра и способен при этом получать до 200 000 синаптических сигналов от других нейронов. Вы только представьте — один кубический миллиметр вашего мозга содержит миллиард синапсов! Отдельные синапсы настолько малы и ненадежны, что у них едва хватает мощности функционировать, и прибывающие импульсы часто даже не вызывают выделения нейротрансмиттера.

Конечно, странно, что синапсы настолько малы, что иногда не работают должным образом, но это не редкость. Синапсы достигают приблизительно одинакового минимального размера у различных видов животных, включая мышей и человека. Никто точно не знает, почему отдельные синапсы эволюционировали до столь маленьких размеров и стали настолько ненадежными, но одной из вероятных причин может быть то, что мозг станет работать лучше при условии нахождения в нем бесчисленного их количества. И крохотный размер синапсов оказывается оптимальным вариантом, при котором наибольшее количество функций способно разместиться в ограниченном пространстве.

Знаете ли вы? Сон Леви о нейромедиаторе

В 1921 году, когда еще не было известно, как взаимодействуют нейроны или даже клетки, немецкий ученый Отто Леви заметил, как именно сердце получает сигналы о том, что надо ускорить или замедлить частоту сокращений. Он был убежден в том, что блуждающий нерв — длинный нерв, идущий от ствола головного мозга и соединяющийся прямо с сердцем, — выделяет субстанцию для замедления сердцебиения. В своей лаборатории Леви тщательно исследовал сердца лягушек с присоединенным блуждающим нервом. Когда он стимулировал нерв электрическим сигналом, сердце начинало сокращаться медленнее. Как это происходило? Гипотеза Леви заключалась в том, что из нерва выделялось нечто, что и производило этот эффект, но он не знал, как проверить эту идею экспериментально.

Забуксовав, он поступил так, как многие в подобных случаях: отложил решение на потом. Однажды ночью его осенило: он понял, как провести эксперимент. Успокоенный, он уснул. Наутро… ничего. Он ничего не мог вспомнить об эксперименте. В следующий раз, увидев этот сон, Леви не поленился и записал идею на бумаге. Увы, на следующее утро он не смог прочитать написанное. К счастью, сон приснился ему еще раз, и Леви не стал ждать утра: он встал, пошел в лабораторию и провел эксперимент, который принес ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1936 году.

Эксперимент был прост. Леви поместил два сердца лягушек в разные сосуды, соединенные узкой трубкой. К одному сердцу по-прежнему был присоединен блуждающий нерв. При электрической стимуляции это сердце начинало биться медленнее. Затем, спустя некоторое время, второе сердце тоже замедляло свой ритм. Этот эксперимент продемонстрировал существование того, что он прозаично назвал Vagusstoff — субстанция (stoff), выделяемая из блуждающего нерва (vagus) одного сердца лягушки для того, чтобы замедлить биение второго сердца. Vagusstoff теперь называется ацетилхолином, и это один из десятков нейромедиаторов, которыми пользуются нейроны для взаимодействия.

Нейронам приходится выполнять очень специализированные задания. Каждый нейрон отвечает за небольшое количество функций — например, различение конкретного звука, распознавание чьего-то лица, выполнение определенного движения или другой процесс, невидимый снаружи. В любой конкретный момент лишь небольшое количество нейронов, расположенных в разных частях вашего мозга, пребывает в состоянии активности. Их количество всегда колеблется, и процесс мышления зависит от того, какие нейроны активны и что они передают друг другу и окружающему миру.

Нейроны всех животных объединяются в похожие группы, отвечающие за одни и те же цели — например, распознавание движущихся объектов или регулирование движений глаз. В нашем мозге в каждой группе может быть несколько миллиардов нейронов и множество подгрупп. У крыс — миллионы нейронов и меньшее количество подгрупп, у осьминога или насекомого — тысячи нейронов (хотя в этом крохотном мозге различные части отдельных нейронов могут выполнять несколько видов деятельности одновременно). В каждой из этих групп находятся немного отличающиеся нейроны, определенные паттерны [1] связей и связи с другими мозговыми структурами.

Сначала ученые узнавали о функциях различных частей мозга, наблюдая за людьми с повреждениями психики. Как это ни печально, но Первая мировая война стала богатейшим источником подобной информации. Солдаты часто выживали после ранений, поскольку летящие на большой скорости пули прижигали их раны, предотвращая смерть от потери крови и заражения. Однако в результате травмы у солдат проявлялись самые разнообразные симптомы повреждения психики, зависевшие от той части головного мозга, которая была поражена. Современные неврологи до сих пор публикуют обследования пациентов с повреждением мозга, в основном после инсульта. Некоторые пациенты с редко встречающимися симптомами даже смогли обеспечить свое существование, принимая участие в оплачиваемых исследованиях.

Знаете ли вы? Похож ли наш мозг на компьютер? Люди всегда описывают мозг, сравнивая его с новейшими технологиями — с паровым двигателем, телефонным коммутатором или даже с катапультой. В наше время люди обычно говорят о мозге так, как если бы он представлял собой определенный тип биологического компьютера с розовым мягким процессором и «программным обеспечением», которое создается жизненным опытом. Но компьютеры были созданы для того, чтобы работать как маленькие заводы, на которых действия происходят согласно общему плану и установленному логическому порядку. Мозг же по способу своей работы больше напоминает переполненный китайский ресторан: он набит битком и полон суеты, люди бегают по нему без особых причин, но каким-то образом в конце все оказывается сделано. Компьютеры последовательно обрабатывают информацию, тогда как мозг справляется с разнообразной информацией, поступающей параллельно по многим каналам. Поскольку биологические системы создаются путем естественного отбора, в них имеются пласты систем, которые изначально были созданы для одной цели, а затем адаптированы под другую, даже если они и не работают идеально. Программист начал бы в таком случае писать новую программу, но в ходе эволюции проще адаптировать старую систему к новым целям, чем создать что-то абсолютно новое.

Ученые выявляли возможности нейронов, наблюдая их активность в различных условиях — стимулируя их или отслеживая их связи с другими частями головного мозга. Например, моторные нейроны в спинном мозге получают сигналы от нейронов коры, которые отвечают за основные движения. В свою очередь нейроны спинного мозга посылают сигналы мускулам, вызывая их сокращения. Если ученые начинают стимулировать с помощью электричества только нейроны спинного мозга, то сокращаются те же самые мускулы. Полученные результаты дают понять, что моторные нейроны спинного мозга отвечают за выполнение основных двигательных команд, которые создаются на более высоком уровне головного мозга. Однако до сих пор осталось немало противоречий в суждениях о том, какой именно аспект движений обусловливается этими командами.

Чтобы немного разобраться в собственном мозге, нам потребуется кратко описать его основные части и их функции. Ствол мозга находится у самого основания — там, где он прикрепляется к спинному мозгу . Эта область контролирует базовые функции, необходимые для выживания организма, — к примеру, ответные движения головы и глаз, дыхание, частоту сердечных сокращений, сон, пробуждение и пищеварение. Все эти процессы невероятно важны, но обычно не осознаются. Расположенный немного выше гипоталамус также контролирует важные для жизни процессы. Однако он отвечает за более привлекательные функции, включающие в себя выделение гормонов стресса и сексуальных гормонов. Также он регулирует сексуальное поведение, голод, жажду, температуру тела и ежедневные циклы сна.

Эмоции, особенно страх и беспокойство, находятся под контролем миндалевидного тела . Этот орган головного мозга, напоминающий формой миндальный орех, расположен над каждым ухом и контролирует так называемый механизм «бей или беги», который заставляет животное убегать от опасности или атаковать ее источник. Расположенный неподалеку гиппокамп хранит информацию и размещает ее в долговременной памяти. Мозжечок , крупный орган в задней области мозга, собирает сенсорную информацию, чтобы лучше координировать движения.

Сенсорная информация попадает в организм через глаза, уши или кожу и передается в форме импульсов в самый центр головного мозга — таламус . Именно там она фильтруется и пропускается дальше, опять же в виде спайков, в кору. Это самая крупная часть человеческого мозга, она весит немного более трех четвертых его общей массы. Форма коры напоминает измятое ватное одеяло, которое укутывает вершину и боковые стороны головного мозга. Кора головного мозга появилась вместе с первыми млекопитающими приблизительно 130 миллионов лет назад, и при сравнении мозга мыши, собаки и человека она соответственно занимает все большую и большую долю мозга в каждом последующем случае.

Ученые разделили кору головного мозга на четыре части — доли. Затылочная доля в задней части головного мозга отвечает за визуальное восприятие. Височная доля как раз над ушами контролирует процесс слуха и содержит область, отвечающую за понимание смысла речи. Она также тесно взаимодействует с миндалевидным телом и гиппокампом, которые очень важны при обучении, запоминании и эмоциональном отклике. Теменная доля наверху и по бокам мозга получает информацию от рецепторов кожи. Она также собирает данные от всех органов чувств и определяет, на что вам следует обратить внимание. Лобная доля (догадались, где она находится?) определяет ваши движения; в ней также расположены области, производящие речь и ответственные за выбор адекватного поведения, которое зависит от ваших целей и ситуации.

Сочетание этих способностей в мозге и определяет наш собственный индивидуальный способ взаимодействия с окружающим миром. В оставшейся части книги мы будем по очереди рассматривать эти аспекты и рассказывать вам, как мозгу удается ежедневно справляться со своими обязанностями.

Глава 4 Удивительные ритмы: биологические часы и нарушение суточного ритма

Помните, когда вы были совсем ребенком, дядя Ларри поспорил с вами, что вы не сможете идти и синхронно с шагами жевать жвачку? Сейчас это пари может показаться совсем смешным, но тогда, получив свою заслуженную монетку, вы ощутили себя невероятно умным созданием.

Хождение или жевание демонстрирует способность мозга вырабатывать определенный ритм. Животные способны создавать циклы самой разнообразной частоты — от секунд (сердцебиение, дыхание) до дней (сон), месяцев (менструальный цикл) и даже дольше (зимняя спячка).

Наша способность совмещать одновременно несколько циклов показывает, что наш мозг может вырабатывать многочисленные схемы, часто независимые друг от друга, сразу. Хождение представляет собой четко скоординированную последовательность движений, при которых вашей левой ноге дается инструкция подняться, продвинуться вперед, затем опуститься, причем тело должно в это время несколько перенестись вперед. Ваша правая нога будет следовать сразу за ней. Эти движения должны выполняться одно за другим — плавно и по порядку. Эти команды создаются в основном сетью работающих вместе нейронов спинного мозга — так называемым центральным генератором паттернов. Центральным его называют потому, что здесь создаются команды, которые затем передаются в мускулы. Генератор паттернов способен работать сам по себе, поскольку тараканы и курицы без головы способны совершать шагающие движения, хотя им все равно необходим головной мозг, чтобы координировать движения и обходить препятствия. Жевание находится под контролем другой сети нейронов, расположенных в стволе мозга и создающих повторяющиеся жевательные движения челюсти. Нейроны, отвечающие за ходьбу и за жевание, способны работать независимо (или синхронно — как выяснил дядя Ларри).

Практический совет. Как преодолеть нарушение суточного ритма организма Во время путешествия биологические часы вашего организма способны перестраиваться со скоростью около часа в день, чтобы синхронизироваться с окружающим миром. Но вы можете воспользоваться своим знанием циркадных ритмов для того, чтобы помочь организму справиться с этой задачей быстрее. Лучший способ поменять циркадные ритмы мозга — это использовать свет. Использование мелатонина тоже поможет вам, но не сразу. Оба этих метода более эффективны, чем просто вставать раньше или позже, и работают лучше, чем другие уловки — вроде физической нагрузки. Вот как свет и мелатонин помогут организму адаптироваться.

Побудьте на свету во второй половине дня . Лучший способ адаптировать ваш циркадный ритм — побыть на свету во второй половине дня, когда ваш мозг воспримет это как сигнал. Свет по-разному влияет на циркадный ритм в зависимости от времени суток, точно так же, как момент, когда вы качнете качели, повлияет на их движение. Утром или скорее тогда, когда ваш организм считает, что идет утро, свет помогает нам вставать. Побыв на свету утром, вы сможете встать на следующий день раньше, поскольку свет сообщает вашему организму, что в это время уже наступает утро. Однако, оказавшись на свету вечером, назавтра вы встанете позднее, поскольку свет сообщает телу, что день еще не закончился, поэтому нужно дольше бодрствовать.

Поэтому, когда вы летите на восток, например, из Америки в Европу, вам следует выйти на улицу на яркий свет на пару часов перед тем, как люди, оставшиеся дома, начнут просыпаться. Найти источник света в это время будет легко, поскольку в месте вашего пребывания будет уже вторая половина дня. Это должно вам помочь проснуться легче на следующий день. Если вы переместились на восток на восемь часовых поясов или больше, попытайтесь сразу утром избегать света (поскольку дома это вечер), так как это подтолкнет ваши часы в неверном направлении. И наоборот, когда вы перелетели на запад (из Европы или Африки в Америку), обязательно побудьте на ярком свету, когда будете чувствовать сонливость, поскольку это время сна в том месте, откуда вы улетели.

Можно легко запомнить оба эти правила. В первый день на новом месте побудьте на свету вечером. Каждый последующий день, по мере перестройки ваших биологических часов, находитесь на свету на два-три часа раньше. Повторяйте, пока не получите нужного результата.

•  Выключите свет около постели! Усилить в вашем мозгу ощущение, что уже наступило утро или вечер, несложно, поскольку на улице все равно будет день. Однако важно не оказать себе медвежьей услуги и случайно не сделать противоположное. Если вы окажетесь на свету в неподходящее время, то только перестроите свои часы в неверном направлении. Поэтому если вы не можете заснуть ночью, не включайте свет! Искусственный свет менее эффективен, чем дневной, в деле перестройки ваших биологических часов, но все равно его лучше избегать.

• Перед длительными поездками определитесь заранее. Если вы совершаете что-то действительно безумное — скажем, проезжаете полсвета (из Бомбея в Сан-Франциско или из Нью-Йорка в Токио), выберите, в каком направлении вы будете сдвигать свои часы (каждый день раньше или позже) и придерживайтесь этого плана. Для большинства людей (но не для всех) проще представить себе, что они отправляются на запад (через Чикаго или Гонолулу) и получать свою дозу света как можно позднее вечером. Подумайте об этом как о переходном моменте для ваших биологических часов.

• Отправляясь на восток, ночью принимайте мелатонин. В результате пребывания на свету вырабатывается мелатонин, однако лишь через некоторое время. Поэтому выброс мелатонина ночью вызывает сон и подготавливает следующий цикл ваших часов. В результате уровень мелатонина повышается в организме, когда тот считает, что наступил вечер.

Прием мелатонина немного помогает, если его произвести в правильный момент циркадного ритма. Доза мелатонина в то время, когда ваш организм считает, что скоро пора ложиться, поможет вам подняться раньше на следующее утро и заснуть раньше следующим вечером. Там, где вы находитесь, принимайте его при наступлении сумерек или даже среди ночи. Однако по неизвестным пока причинам мелатонин помогает только тогда, когда вы едете на восток.

Эффект от приема мелатонина невелик — он сдвигает время вашего пробуждения где-то на час в день. Физическая нагрузка имеет приблизительно такой же эффект, и осуществлять ее следует в одно и то же время. Однако мы еще не знаем, приносят ли физические упражнения и принятие мелатонина какие-нибудь дополнительные плюсы, если вы достаточно находитесь на свету.

Прежде чем начать сильно восхищаться собой, обратим внимание на одну вещь: создание повторных паттернов — универсальная черта животного мира. Например, ученые изучали ритмичное плавание миноги — причудливо выглядящей бесчелюстной рыбы, напоминающей длинный тонкий носок с кольцом зубов на одном конце. Также они исследовали ритмичное жевание у лобстеров, обладающих относительно простой нервной системой. Лобстеры вызывают особенный интерес еще и потому, что два жевательных паттерна у них контролируются сетью всего лишь из тридцати нейронов, которые и отвечают за их реакции на протяжении всей жизни. (А еще лобстеры превосходны в растопленном масле!)

Вы не всегда это осознаете, но вы все время падаете. С каждым шагом вы немного падаете вперед. А затем удерживаете себя от падения. Снова и снова вы падаете. А затем удерживаете себя от падения. И именно так вам удается идти и падать одновременно. Лори Андерсон. «Большая наука»

Бывают паттерны автоматические (например, дыхание или биение сердца), но и их можно контролировать. Например, ритм дыхания, генерируемый в самом сердце, может быть ускорен или замедлен с помощью команд, посылаемых центральной нервной системой (см. главу 3). Наша нейронная сеть, отвечающая за дыхание, расположена в стволе головного мозга и действует исключительно сама по себе — обычно мы даже не задумываемся об этом процессе. Но и она может находиться под нашим контролем — к примеру, когда мы задерживаем дыхание.

Особенно полезным циклом, который имеется практически у всех изученных животных, является суточный ритм сна и бодрствования — так называемый циркадный ритм. Этот ритм помогает животным предчувствовать, когда вероятнее всего появятся свет, тепло и пища. Циркадный ритм может работать сам по себе, основываясь на 24-часовом цикле, а может быть переустановлен с помощью включаемого в определенное время освещения. Он синхронен с ежедневным ритмом смены света и темноты, который распознается нашими глазами. Наш циркадный ритм регулирует многие виды деятельности, в том числе время, когда нас начинает клонить в сон, температуру тела и появление ощущения голода.

Однако циркадный ритм может сыграть с нами и не очень приятную шутку. Почти каждый, кто преодолевал на самолете большие расстояния, почувствовал на себе проблему нарушения суточного ритма. Например, мы написали часть этой книги в научном центре в Италии. Нам очень понравились окружающие нас пейзажи, возможность сбежать на время от привычной работы и сосредоточиться на написании книги. Однако в начале поездки был один странный момент: мы писали эту работу в три часа ночи. За завтраком мы пытались поддерживать разговор с местными жителями, хотя наши глаза буквально слипались.

Нарушение суточного ритма — плата за скорость: езда на лошади, на собачьей упряжке и даже на машине достаточно медленна, чтобы циркадный ритм смог приспособиться и синхронизироваться с местным временем. И действительно, первое упоминание о нарушении суточного ритма было опубликовано в 1931 году, когда два пионера авиации, Уайли Пост и Гарольд Гетти, облетели вокруг света немногим быстрее чем за девять дней. У них у первых появились синдромы, которые так знакомы в наши дни: сложности с засыпанием, вялость, недостаток энергии и пищеварительные проблемы.

Суточный цикл организма нарушается, когда ваш циркадный ритм не совпадает с окружающим вас ритмом смены дня и ночи. В результате вашему мозгу хочется спать, когда ему следует бодрствовать, и наоборот. В мозгу находится орган, отвечающий за установку часов, который обычно задает циклы температуры тела, появления ощущения голода и сна. При нарушении суточного ритма эти циклы перестают синхронизироваться друг с другом, и в результате вы получаете разнообразные симптомы — например, ощущение сильного голода среди ночи.

Чтобы объяснить, как свет влияет на циркадный ритм, воспользуемся аналогией с ребенком на качелях. Качаясь, он за определенный период времени совершает полный цикл движений. Однако, толкнув качели, вы измените их скорость: если толкнуть их в то время, когда они двигаются вперед, скорость качелей увеличится, если же тогда, когда они возвращаются, — замедлится. Таким образом мы можем менять время начала нашего суточного ритма, давая организму возможность побыть на свету. Однако чтобы свет действительно оказал влияние на наш организм, включать его следует в определенное время суток.

Свет воздействует на циркадный ритм человека, запуская механизм активности в крохотной области, расположенной в нижней части мозга, — супрахиазмальном ядре, которое и контролирует переустановку часов. Супрахиазмальное ядро получает сигналы от глаз и вырабатывает свой собственный ритм. Клетки этого органа, выращенные в специальной чашке для культивирования, создавали паттерны нарастающей и спадающей активности на основе приблизительно 24-часового цикла. Эта часть мозга необходима для нормального создания циркадного ритма; животные с поврежденным супрахиазмальным ядром засыпают и просыпаются в разное время.

Практический совет. Частое нарушение суточного ритма организма и повреждение мозга

Частое нарушение суточного ритма организма раздражает и даже может представлять собой опасность для здоровья мозга. В одном исследовании стюардесс с пятилетним стажем работы, которые брали менее пяти выходных между дальними полетами, сравнили со стюардессами, у которых перерывы в работе составляли две недели или больше. (Они все равно летали много!) Обе группы в целом налетали одинаковое количество миль. У стюардесс первой группы (летавших чаще) объем височной доли — части мозга, участвующей в процессе обучения и памяти, — был меньше. У них также выявились определенные проблемы во время выполнения тестов на память. Похоже, что частые перелеты негативно сказались на их мозге.

Повреждение мозга, очевидно, явилось результатом выделения стрессовых гормонов, которые вырабатываются во время нарушения режима и неблагоприятно влияют на височные доли и на память. К счастью, если только вы не работаете в авиакомпании, вам, вероятно, не стоит беспокоиться на сей счет, поскольку очень мало кому приходится пересекать несколько часовых поясов чаще, чем раз в две недели. Скорее в категорию риска попадают те, кто работает сменами. Как и частые дальние странствия, постоянные резкие изменения в режиме работы могут привести к появлению стресса и его влиянию на тело и мозг.

Предположение: «совы» и «жаворонки»

Тенденция лучше функционировать рано утром или поздно вечером может являться результатом естественного циркадного ритма, продолжительность которого составляет не точно 24 часа. 23-часовой период будет подталкивать людей вставать раньше, с нетерпением дожидаясь начала нового дня, тогда как 25-часовой ритм заставляет людей бить по звонящему будильнику в попытке урвать еще время для сна.

Люди с удлиненным циркадным ритмом могут по-разному адаптироваться при нарушении суточного ритма. В среднем у большинства людей возникают проблемы, когда им приходится раньше вставать (как при путешествии на восток), а не когда вставать нужно позже (поездка на запад). Сложности с восточным туром могут быть связаны с периодами, превышающими 24 часа. В этом случае у «жаворонков» больше сложностей с поездками на запад, а у «сов» — с путешествиями на восток, и в обоих случаях происходит корреляция с естественным циклом биологических часов.

Вы можете помочь нам проверить эти идеи, заполнив опросник и подсчитав набранное количество очков. Сообщите о своих результатах на нашем сайте в Интернете — http://welcometoyourbrain.com и посмотрите на результаты других людей.

Ответьте на вопросы…

1. Когда в течение дня вы чувствуете себя наиболее бодро?

А — утром, Б — вечером или ночью.

2. В каком случае вам сложнее адаптироваться в первые два дня после длинного перелета?

А — при полете на запад, Б — при полете на восток.

Проверьте… Наша гипотеза предполагает, что большинство людей попадает в одну из двух категорий:

Естественный циркадный ритм менее 24 часов («жаворонки»): 1А, 2Б. Естественный циркадный ритм более 24 часов («совы»): 1Б, 2А.

Свет запускает выработку гормона мелатонина в эпифизе — органе размером с большую горошину, расположенном в нижней части головного мозга недалеко от гипоталамуса. Вечером уровень мелатонина начинает подниматься, достигает своего пика во время сна и снова опускается рано утром перед пробуждением.

Между прочим, с эпифизом связана очень романтичная история. Несколько сотен лет назад философ Рене Декарт полагал, что эпифиз — источник сознания, поскольку второго такого органа в мозге человека нет, как и нет двух абсолютно одинаковых людей. Но это было ошибочное мнение, которое всего лишь демонстрирует, что даже самые великие умы мира тоже ошибаются, когда полагаются на доказательства, взятые из воздуха.

У большинства людей циркадный цикл составляет не точно 24 часа. Но мы даже не замечаем этого, поскольку солнце помогает нам корректировать свой ритм. Когда людей оставляют в темной комнате без источников света, то со временем их цикл начинает сбиваться, и в результате время еды, сна и бодрствования у них начинает отличаться от времени окружающего мира.

У слепых людей, глаза которых совсем не могут воспринимать световую информацию, часто встречаются подобные сдвиги циркадного ритма, в результате чего у них может нарушаться сон. Это показывает, что физической активности и социальных контактов бывает недостаточно, чтобы поддерживать синхронность биологического ритма. То же самое относится и к слепым рыбам, обитающим в пещерах. Кажется, что эти существа вообще не спят. Зависимость от света нашего дневного цикла действительно универсальна.

Глава 5 Примерьте купальник: регулирование веса

Увы, но наш мозг нам не поможет, если мы наберем лишний вес. С эволюционной точки зрения ожирение много лучше, чем голодная смерть. Конечно, если бы наш мозг был посообразительнее, то он принял бы во внимание, что в современном мире еда имеется в изобилии и что в Соединенных Штатах в год регистрируется около трех тысяч смертей от ожирения. Но наш мозг создан несколько иначе, и нам не остается ничего другого, кроме как научиться жить с системой регулирования веса, построенной на потребности откладывать запасы пищи.

Поскольку регулирование веса исключительно важно, его контролирует множество разнообразных систем, работающих над тем, чтобы поддерживать наш вес на уровне, который мозг считает достаточным (так называемый «естественный вес»). Ученым известно более дюжины нейромедиаторов, сообщающих организму о необходимости увеличения веса, и более дюжины — требующих снижения веса. Когда мы пытаемся похудеть, потребляя меньше пищи, наш мозг изо всех сил пытается удержать вес на идеальном уровне. Например, он может снизить скорость обмена веществ в состоянии покоя — количество энергии, которую вы тратите, спокойно сидя на месте. Другой способ — дать нам почувствовать голод, чтобы нам хотелось больше есть. В конце концов, мозг может попытаться одурачить нас способами, которые мы обсуждали в первой главе. Если вы вдруг обнаруживаете, что поедаете торт маленькими кусочками с чужой тарелки, поскольку вам кажется, что в этом случае в нем содержится меньше калорий, значит, вы попались на уловку собственного мозга.

Отследить потребности тела в энергии помогают несколько индикаторов. Жировые клетки вырабатывают особый гормон — лептин, который затем попадает прямо в кровь. Лептин сообщает мозгу, сколько жира имеется в организме в настоящее время и как меняется его уровень. При снижении в организме количества жира уровень лептина резко падает, и мозг понимает, что возникла потребность в получении большего количества энергии. Уменьшающийся уровень лептина запускает механизм голода и погони за весом. И наоборот, если уровень лептина повышается, животные начинают потреблять меньше пищи и меньше ощущают голод. Рецепторы, воспринимающие лептин, располагаются в аркуатном ядре гипоталамуса — части мозга, которая является важным регулятором многих базовых систем, включая температуру тела и сексуальное поведение. Лептин также воздействует и на другие части мозга и всего тела, оказывая влияние на метаболизм и другие способы регулировки откладывания жира.

Другим важным веществом, которое сообщает мозгу о том, сколько жира накоплено в организме, является инсулин. Вырабатываясь после еды поджелудочной железой, он попадает в кровь и сообщает различным клеткам, что они могут забирать из крови глюкозу и откладывать энергию. В среднем у худых животных уровень выделяемого инсулина ниже, чем у упитанных, хотя его количество в течение дня может различаться сильнее, чем уровень лептина. Лептин — отличный показатель уровня подкожного жира, тогда как инсулин отражает лишь количество висцерального жира, являющегося гораздо более серьезным фактором риска появления диабета, повышенного давления, сердечно-сосудистых заболеваний и многих видов рака.

Доктор велел мне перестать готовить на четверых, по крайней мере если я не буду приглашать еще трех человек. Орсон Уэллс

Мозгу не нравится тратить запасы жира на ежедневные нужды, поскольку он предпочитает оставлять его на случай чрезвычайной необходимости. Это долговременная стратегия, подобная тому, как вы не снимаете деньги со своего пенсионного вклада для покупки бензина. Нейроны гипоталамуса и стволовой области мозга отслеживают запасы энергии, контролируя количество требуемой пищи. Например, жирные кислоты и гормон пептид YY действуют прямо на нейроны, чтобы уменьшить желание есть, тогда как гормон грелин, вырабатываемый во время еды, повышает ощущение голода и стремление есть. Эти системы регулировки, возможно, работающие параллельно с другими, которые еще только предстоит открыть ученым, взаимодействуют между собой с тем, чтобы наш мозг мог определить, нет ли в конкретный момент недостатка энергии или ее излишества. Многие из этих регулирующих гормонов — лептин, инсулин и другие — влияют на мозг, действуя на противоположные группы нейронов. Нейроны меланокортина понижают уровень доступной энергии, сокращая количество съеденной пищи и увеличивая затраты энергии. Тем временем нейропептид Y повышает уровень доступной энергии, склоняя организм к потреблению большего количества еды и меньшей трате энергии. Лептин активизирует нейроны меланокортина и подавляет нейропептид Y. Однако этот процесс несколько сложнее, чем описанный здесь, поскольку нейропептид Y (отвечающий за усиление питания) также сильно подавляется нейронами меланокортина (ослабляющими чувство голода). Однако нейроны меланокортина, в свою очередь, не имеют прямого воздействия на нейропептид Y. Таким образом, этот процесс, проходящий в нашем мозгу, отличается явной тенденцией к набору веса.

Знаете ли вы? Ограничение калорий и продолжительность жизни

В 1930-х годах ученые выяснили, что грызуны, содержавшиеся на низкокалорийной диете, жили приблизительно на 50 % времени дольше, чем их сородичи, которых кормили обильнее. В разном соотношении подобный эффект проявлялся у дрожжей, червей, мух, рыб, собак, коров и даже обезьян. Ограничение потребления калорий снижает риск появления рака, сердечно-сосудистых заболеваний и других связанных со старением проблем у грызунов и обезьян. Это также предохраняло мозг грызунов от экспериментально вызванных заболеваний Хантингтона, Альцгеймера, Паркинсона и от инсульта. Сложно изучить продолжительность жизни у людей, поскольку она и так весьма длинна, но есть определенные данные, которые позволяют предположить, что ограничение потребления калорий приводит к некоторому положительному влиянию на человеческое здоровье — например, понижает давление и уровень холестерина.

Но здесь есть один подвох. Мы говорим о действительно низкокалорийной диете, которая составляет обычно около двух третей нормальной диеты, хотя при этом обеспечивает всеми необходимыми питательными веществами, в том числе витаминами и минеральными солями. Большинства подобных эффектов позволяет добиться стратегия «голодание — переедание», когда один день вы ничего не едите, а на следующий удваиваете количество потребления калорий. Большинство людей не может придерживаться подобной диеты, но есть несколько исследователей-долгожителей, которые следовали ей годами.

Ограничение потребления калорий воздействует на инсулин — важный регулятор хранения энергии в организме. У мышей, находившихся на низкокалорийной диете, уровень инсулина был гораздо ниже, чем у их хорошо откормленных сородичей, и они гораздо больше были подвержены его влиянию. При нормальной диете чувствительность к инсулину с возрастом снижается, причем этот эффект выражен даже сильнее при высококалорийной диете. Снижение чувствительности к инсулину является предвестником диабета 2-го типа.

Изменения, вызванные ограничением потребления калорий, начинаются с активации рецепторов группы сигнальных молекул — сиртуинов. У млекопитающих эти рецепторы называются SIRT1 и располагаются по всему телу. Содержащееся в красном вине вещество ресвератрол повышает количество появляющихся рецепторов SIRT1 у грызунов. Ресвератрол улучшал здоровье и продлевал срок жизни мышей, которых кормили высококалорийной пищей.

Этот препарат не препятствует мышам набирать вес, но он приводит к увеличению их роста на 15 %. Нам тоже нравится красное вино, но надеяться пока рановато: дозы вещества, применявшиеся в этом эксперименте, были эквивалентны 500 бутылкам в день. Другое исследование выявило, что мыши, которым давали ресвератрол, находились в лучшей физической форме и показывали более высокие результаты на беговой дорожке. Однако в этом эксперименте применявшиеся дозы были еще больше — около 3000 бутылок в день. Столько не выпить и за год — не только за день. На сегодня эти исследования дают надежду нашим детям или внукам, однако достаточных данных о безопасности и эффективности подобных добавок пока нет.

Нейроны меланокортина находятся также и в стволе головного мозга — области, регулирующей фундаментальные процессы, такие, как дыхание и сердечное сокращение. Ядро одиночного пути в стволе принимает сигналы от находящихся в кишках нервов, которые передают информацию о растяжении или сжатии кишок, химическом составе содержимого пищеварительного тракта и нейротрансмиттеров, выработанных в ответ на питательные вещества, в том числе некоторые из описанных выше. Затем ядро одиночного пути посылает эту информацию дальше, в гипоталамус и аркуатное ядро. Стволовые нейроны также сигнализируют о готовности животного прекратить есть, получая информацию через определенные белки, вырабатываемые в кишечнике.

Меланокортин может показаться хорошей мишенью для лекарственных препаратов, нацеленных на похудание, поскольку на регуляцию веса у мышей можно оказывать сильное влияние с помощью генетического изменения этих рецепторов и манипуляций с активирующими их нейромедиаторами. К сожалению, непросто бывает избежать побочных эффектов, поскольку препараты, влияющие на рецепторы меланокортина, также изменяют кровяное давление, частоту сердечных сокращений, воспалительные процессы, функционирование почек и сексуальные функции. Мутации в меланокортиновой системе у людей встречаются редко и не являются значимой причиной ожирения популяции, хотя в случае их появления действительно ведут к возникновению проблем с регуляцией веса.

Когда лептин был открыт (около десяти лет назад), ученые решили, что он может стать волшебным средством, способным уменьшить аппетит и привести к похуданию. Однако, как выяснилось, у многих людей с избыточным весом уже наблюдается высокий уровень лептина в крови, но нормальной реакции на этот гормон у них не происходит — эту ситуацию ученые назвали резистентностью к лептину. Обычно такая резистентность у людей появляется в результате ожирения. Эта ситуация подобна резистентности к инсулину, которая вызывается нарушением веса и является причиной появления диабета во взрослом возрасте. Ожирение, вызванное перееданием, приводит к уменьшению эффективности лептина в процессе активации сигналов, сообщающих аркуатному ядру о необходимости снижать вес тела.

Открытие лептина не привело к разработке эффективного средства для похудания, но существует один препарат, основанный на другой схеме и довольно многообещающий. Любой, кто когда-нибудь пробовал курить марихуану, знает, что активный компонент этого наркотика ТНС (дельта-9-тетрагидроканнабинол) стимулирует чувство голода даже у самых сытых животных. Препарат для похудания римонабант блокирует рецептор, отвечающий на ТНС, и уменьшает потребление пищи у голодных животных. Еще более важно то, что он оказывает тот же эффект на тех, кого уже покормили. Животные, которые едят, не испытывая чувства голода, являются весьма неплохой моделью человеческого ожирения.

Практический совет. Как перехитрить мозг, чтобы похудеть

Если ваш мозг настроен против вашей мысли похудеть, то как же достигнуть желаемого результата? Прежде всего разработайте стратегию похудания, в которой будут учитываться реакции вашего мозга. Самое важное — поддерживать свой уровень обмена веществ на как можно более высоком уровне. Также эта стратегия должна быть устойчивой: ваш мозг все время будет работать согласно своим автоматически устанавливаемым целям, поэтому любые изменения в вашем питании и физической нагрузке должны быть постоянными для достижения эффективного результата — временные изменения дают временный результат. Этот подход может выглядеть не столь гламурно, как последняя грейпфрутовая диета, но у него есть важное преимущество: он работает.

Скорость вашего обмена веществ определяет, сколько калорий сжигает организм во время отдыха. Слишком низкокалорийные диеты никогда не действуют долго, поскольку реальный риск голодания в нашем эволюционном прошлом привел к появлению мозга, превосходно справляющегося с целью предотвращения большой потери веса. Одним из основных способов достижения этой цели для мозга является снижение уровня метаболизма во время голода, у некоторых людей — до 45 %. Если ваш вес оставался стабильным при потреблении двух тысяч калорий в день, он может оставаться таким же при диете в тысячу двести калорий в день после того, как скорость обмена веществ изменится. Только теперь ваша жизнь станет гораздо сложнее. Еще хуже то, что, когда вы начнете есть больше, вы станете набирать вес перед тем, как ваш метаболизм вернется в норму. Как и голод, подавляет метаболизм и нехватка сна, поэтому, чтобы похудеть, надо высыпаться. Стресс — еще один виновник, поскольку гормон стресса кортикотропин воздействует на баланс вашего организма, заставляя его запасаться энергией. С возрастом скорость обмена веществ обычно несколько понижается, и именно поэтому люди часто несколько полнеют в пожилом возрасте — в среднем со скоростью около одного фунта в год.

Физические упражнения — самый действенный способ исправить эту ситуацию, поскольку усилие само по себе заставляет ваш организм увеличивать расходование энергии, к тому же мускулы сжигают во время отдыха больше калорий, чем жир. Физическая нагрузка может поднять уровень обмена веществ на 20–30 %, и этот эффект длится до 15 часов. Йога может стать тоже неплохой нагрузкой, тем более что многие полагают, что она также снимает стресс.

Увеличение веса и накопление жира ускоряется, когда люди или животные едят редко, но помногу. Таким образом, вам следует разделить количество требующихся вам калорий на маленькие порции, распределив их на весь день, а не питаться раз-два в сутки. В одном исследовании люди, питавшиеся под контролем лаборатории, смогли, питаясь рано утром, настолько увеличить скорость метаболизма, что добавка к рациону 200–300 калорий в день не привела к набору веса. Это означает, что небольшой завтрак помогает в процессе улучшения метаболизма. Люди, потребляющие одинаковое количество калорий, меньше прибавляют в весе, если они едят утром, чем питаясь вечером. Конечно, необходимо убедиться, что ваши частые перекусы действительно маленькие! Общее количество потребляемых калорий остается главным определяющим фактором похудания, когда бы вы ни ели.

Повторяющиеся периоды похудания и набора веса усложняют попытки поддержать здоровый вес. Люди, похудевшие минимум на 10 фунтов, должны есть меньше (всю жизнь), чем те, кто всегда был стройным. В одном исследовании бывшие некогда полными люди должны были потреблять на 15 % меньше калорий, чем остававшиеся всю жизнь стройными, чтобы поддерживать тот же самый вес. По этой причине вы можете сделать отличный подарок своим детям, кормя их здоровой пищей в раннем возрасте. Раннее питание влияет на предпочтения в еде во взрослом возрасте, а привычки, сформированные в детстве, у многих остаются на всю жизнь.

Вопреки распространенному мнению правильное питание не подразумевает жесткого ограничения в еде и постоянного чувства голода. Если вы все время голодны, то, скорее всего, питаетесь неправильно. Воспринимающие голод рецепторы мозга реагируют на заполненность желудка и на уровень жиров и сахара в крови. Чтобы притупить ощущение голода, попробуйте есть больше низкокалорийной пищи — скажем, салат или овощной суп с маленьким количеством жира. В конце концов, найдите какое-нибудь интересное занятие в жизни, кроме еды. Гораздо проще похудеть, если вам есть о чем еще подумать. Путешествия от телевизора к холодильнику и обратно не считаются ни физической нагрузкой, ни интересным занятием.

В нескольких крупных исследовательских медицинских центрах страдавшие от лишнего веса люди, которые в течение года принимали римонабант, потеряли приблизительно на 10 фунтов больше, чем те, кому давали плацебо. У испытуемых также повышается уровень HDL-холестерина («хорошего») и уменьшается уровень триглицеридов, напрямую не связанных с похуданием. Это дает основание предположить, что римонабант влияет на липидный метаболизм и таким образом снижает риск сердечного приступа. Этот препарат не настолько влияет на потерю веса, чтобы изменить в корне чью-то жизнь, но при регулярном применении может понизить стоимость медицинского вмешательства в связи с вызванными ожирением осложнениями. К сожалению, люди, принимавшие участие в исследовании, перестав принимать это средство, обычно возвращались к своему первоначальному весу уже в течение следующего года. Вероятно, его необходимо употреблять постоянно, чтобы поддерживать процесс похудания. Это хорошая новость для фармацевтических компаний и плохая — для пациентов.

Рецептор, блокируемый римонабантом, конечно, не возбуждается марихуаной. Однако существуют другие создаваемые мозгом нейромедиаторы — эндогенные каннабиноиды, или эндоканнабиноиды. Одно исследование показало, что люди с мутировавшим энзимом, который разрушал один из эндоканнабиноидов и создавал ненормально высокий уровень активации рецепторов, были более склонны к ожирению, чем люди без данной мутации. Это исследование позволяет предположить, что система эндоканнабиноидов может оказывать влияние на генетический риск появления ожирения у целой популяции. Проведенные позже исследования не подтвердили этой гипотезы, и до сих пор до конца не ясно, являются ли подобные мутации важным фактором человеческого ожирения.

Вызвана ли современная эпидемия ожирения в США индивидуальными различиями в генах, которые помогают регулировать потребление пищи? Не совсем так. Эффективность нашей каннабиноидной и меланокортиновой систем, вероятно, влияет на наш личный риск ожирения, но в целом современные люди приобретают избыточный вес потому, что их мозг помогает им сохранять запасы жира на случай наступления большого голода. Обилие вкусной еды даже у лабораторных животных вызывает склонность к полноте. То же относится и к людям. Индивидуальные различия, возможно, скажутся в том, что одни люди наберут вес быстрее, другие медленнее, но постоянное наличие поблизости большого количества вкусной еды подорвет в конце концов силу воли у кого угодно. Так что лучше так переменить окружающую обстановку, чтобы вокруг вас в доступности оказывалась здоровая еда. Это гораздо легче, чем пытаться изо всех сил противостоять собственному желанию схватить аппетитную плитку шоколада. Ваш мозг и ваша талия отблагодарят вас.

Часть II Органы чувств

Глава 6 Рассматривая себя: зрение

Однажды, скатываясь по горе, Майк Мэй вдруг понял, что на всей скорости приближается к огромному темному объекту, который находится слишком близко, чтобы его объехать. Он был уверен, что наступили его последние мгновения. Проехав сквозь объект, Мэй понял, что это была тень от вершины горы.

Подобное часто случается в жизни Майка после того, как в возрасте сорока трех лет он перенес операцию по восстановлению роговицы. Мэй был абсолютно слеп с тех пор, как в три года вылил себе на лицо керосин. Однако слепота не помешала ему стать превосходным лыжником. Он пытался установить мировой рекорд по скоростному спуску с горы для слепых, следуя за своим гидом на скорости в шестьдесят пять миль в час. Однако за сорок лет слепоты его мозг не имел возможности получать естественные зрительные образы. Теперь, когда зрение вернулось, он столкнулся с определенными проблемами интерпретации того, что видит. Особенно сложно ему бывает отличать плоские двумерные объекты от трехмерных — необходимый навык, когда вы приближаетесь к огромной плоской тени.

Мозг интерпретирует множество образов, но вы вовсе не отдаете себе отчета в том, что происходит в вашей голове. Поскольку Мэй научился видеть, уже будучи взрослым, то его способ интерпретации напоминает наш метод изучения иностранного языка. Его мозг не может выполнить многие зрительные задачи правильно — скажем, понять, что огромный, темный плоский объект впереди, вероятно, не камень, а всего лишь тень. В целом ему бывает сложно определить, какие линии или цвета являются частью одного предмета, а какие принадлежат уже другому или являются элементом фона позади предмета. Этот случай иллюстрирует, насколько сложны и важны эти процессы видения и понимания того, что мы видим, и как много неосознанных усилий требуется вашему мозгу для того, чтобы качественно выполнять свою работу.

Зрение начинается в глазу, который устроен наподобие камеры. Линзы в передней части глаза фокусируют свет на сетчатку — тонкий слой нейронов позади. Нейроны сетчатки напоминают слой пикселей, каждый из которых определяет количество света в конкретной части зрительного образа. Однако это создает проблемы для мозга, поскольку сетчатка трансформирует трехмерный мир в паттерны активности двумерного слоя нейронов, отбрасывая немалое количество неукладывающейся информации. (Возможно, вы слышали о том, что сетчатка переворачивает зрительный образ вниз головой. Это правда, но она никак не затрагивает наше зрение, поскольку мозг ожидает этого и интерпретирует образы правильно.)

Три различных типа так называемых колбочек в глазу различают красный, зеленый и синий цвета при ярком освещении. Эти нейроны посылают все более сильные сигналы по мере того, как интенсивность цвета растет. Другие цвета создаются при помощи комбинации различных уровней активности этих трех типов клеток. Этот процесс напоминает создание множества оттенков цветов при помощи смешивания основных красок. Однако основные цвета различаются, поскольку цвет смешивается не так, как краски. (Для примера положите вместе красный и зеленый пластик и посветите на них одновременно парой фонариков в одну точку — вы увидите желтый цвет. При смешивании красной и зеленой краски результат будет сильно отличаться — коричневый.) Палочки — четвертый тип клеток — различают интенсивность света при сумрачном освещении, однако не связаны с цветовым зрением. Именно поэтому вы не можете хорошо различать цвета при романтическом освещении. Палочки и колбочки взаимодействуют с другими нейронами сетчатки, что позволяет сделать дополнительные выводы о видимом объекте. Например, клетки сетчатки, расположенные на выходе, несут информацию об относительной яркости света по сравнению с соседней областью, а не об абсолютной яркости каждого пикселя. Затем эта информация посылается в зрительный центр мозга, а также в области, контролирующие движения глаз и головы.

Знаете ли вы? Исследования на животных и «ленивый» глаз

Одним из лучших примеров того, как эксперименты на животных могут оказать неожиданную пользу человеческой медицине, является изучение зрительного восприятия.

Поскольку два глаза находятся в различных частях головы, они видят мир с несколько разных углов. Это создает проблему для развития мозга: чтобы создать связную картинку, мозгу требуется собрать воедино информацию, полученную из обоих глаз, относящуюся к одному и тому же изображению. Заранее определить эту разницу в восприятии глаз сложно, поскольку размер головы у всех разный и расстояние между глазами меняется с ростом человека. Поэтому мозг обучается делать это, сочетая поступающую одновременно из каждого глаза информацию и предполагая, что она относится к одному и тому же изображению. Если животное смотрит одним глазом в юном возрасте, то этого обучения не произойдет, так как почти все зрительные нейроны в мозге будут переносить сигналы только из одного глаза. Если животное теряет зрение одним глазом в определенном возрасте (у кошек это приблизительно первый месяц после рождения, у людей — позднее), то мозг обучается интерпретировать информацию, полученную только из другого глаза. Этот паттерн не может быть изменен позднее в жизни. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел получили за открытие этого процесса Нобелевскую премию.

Дочка нашего друга страдает косоглазием (то, что люди иногда называют «ленивый глаз»), что бывает у 5 % детей. У нее проблемы с контролем движений одного глаза, в результате чего тот часто смотрит в направлении, отличном от первого. Двадцать лет назад подобное состояние лечили, заклеивая хороший глаз (чтобы тренировать плохой глаз видеть лучше). Благодаря исследованиям на животных, имевшим чисто научный интерес, мы теперь знаем, что такой способ лечения — не очень хорошая идея: заклеивание одного глаза нарушает развитие мозга, поскольку он не обучается обрабатывать информацию из двух глаз одновременно.

Вам требуются данные из обоих глаз, чтобы правильно оценить расстояние. Если вы закроете один глаз, а затем откроете его и закроете другой, вы заметите, что разница между близкими объектами больше, чем между далекими. Дети, выросшие с заклеенным глазом, не могут сравнивать информацию из обоих глаз, и у них возникают трудности с восприятием глубины во взрослом возрасте. Например, им невероятно сложно вдеть нитку в иголку. Благодаря экспериментам на животных, дочь наших друзей лечат с помощью новой обучающей процедуры, которая позволит ей контролировать мускулы своего глаза без вмешательства в ее способность позднее полноценно видеть трехмерный мир.

На каждом этапе нейроны создают карту визуального мира, и информация из соседних областей видимой сцены представлена в виде импульсов нейронов, соседствующих друг с другом в конкретной визуальной области мозга. Это напоминает фотографию: точки, находящиеся рядом в реальности, соседствуют и на снимке этого объекта. Подобная организация облегчает нейронам, представляющим соседние части визуального образа, взаимодействие, когда они пытаются понять свое место в объекте.

Мозг должен начинать с определения яркости каждой части объекта, создающей визуальный образ. Вам это может показаться простой задачей: нужно лишь определить, какой уровень активности вырабатывается нейроном, передающим информацию с определенного участка объекта. На самом же деле это очень сложно, поскольку активность нейронов зависит от количества света, который попадает в глаза, что может заметно отличаться от характеристик объекта и с соотношением света и тени в реальности. Тот же объект может выглядеть по-разному на ярком солнце, под настольной лампой и при частичном нахождении в тени. Рисунок ниже демонстрирует, что к тому моменту, когда вы осознаете, что видите этот предмет, ваш мозг в действительности провел большое количество допущений по поводу объекта, на который вы смотрите.

На фигуре слева ясно видно, что квадрат А темнее квадрата В. Или это не так? Рисунок справа четко показывает, что оба квадрата имеют один и тот же оттенок. Не верите? Вырежьте из бумаги фигуру, чтобы она закрывала лишние квадраты на левом рисунке, и проверьте.

Вы когда-нибудь видели, как собака двигает головой вперед и назад, пристально глядя на что-то? Многие животные пользуются этим способом, чтобы определить расстояние до объекта. Те объекты, что поближе, начинают больше перемещаться из стороны в сторону, а те, что подальше, — меньше. Мозг вычисляет глубину видимого объекта с помощью многих подсказок — и порядочной дозы допущения. Например, глубина может быть вычислена при сравнении восприятия обоих глаз или путем определения того, какие объекты находятся впереди других. Дорога из гравия, уходящая вдаль, обладает двумя ярко выраженными параметрами: при удалении камушки кажутся мельче, а края дороги — расположенными ближе друг к другу. Мозг также может воспользоваться размером знакомых ему предметов для определения величины других.

Кроме того, мозг принимает решение автоматически и исходя из определения того, какие именно объекты находятся в поле зрения. У Майка Мэя было немало трудностей с опознаванием объектов. Он мог объяснить различие между треугольником и квадратом, разложенными раздельно на столе, но он не мог понять, сколько человек изображено на фотографии. Фонари на аллее создавали изображение поперечных полос яркого света и тени, которые он не мог отличить от лестницы. После операции его жене приходилось снова и снова напоминать ему, чтобы он не глазел на женщин, поскольку он не мог составить себе о них впечатление после быстрого бокового взгляда, которым пользуется большинство мужчин. В некоторой степени он научился с помощью интеллекта различать и понимать то, что видит, однако для него этот процесс никогда не будет таким же быстрым и легким, как для нас.

У нашего мозга есть определенные способы познания объектов, имеющих для нас особую значимость, — например, лиц. Лица людей не столь уж и разные (во всяком случае, они не показались бы таковыми марсианину), однако мы без труда различаем их. Люди пытались создать автоматическое устройство, которое сможет различать людей, подозреваемых в терроризме в аэропортах и иммиграционных службах, но их эффективность гораздо ниже человеческих способностей.

Посмотрев на снимок Маргарет Тэтчер на следующей странице, вы можете заметить, что ваш мозг различает человеческое лицо особенным способом. Фотографии наверху кажутся вполне нормальными большинству людей, конечно, если не считать того, что они перевернуты. Нижние снимки те же самые, но расположены нормально, и можно легко заметить, что фотография справа очень странная! И глаза, и рот перевернуты, но вы, может быть, не заметили этого, когда смотрели на верхние изображения. Хотя, конечно, предпочитаемые вами фотографии могут зависеть и от других факторов — скажем, от ваших политических пристрастий.

Майк Мэй вообще не распознает лица. Он однажды предложил купить мороженое игроку детской команды «Литтл Лиг»; но только когда озадаченный мальчик вежливо отказался, Майк понял, что это был не его сын. Некоторые люди, во всем остальном нормальные, сталкиваются с той же самой проблемой, обычно возникающей после повреждения области мозга, расположенной на вентральной поверхности веретенообразной извилины и отвечающей за распознавание лиц. Эти люди просто превосходно видят разнообразные объекты, но у них возникает немало проблем с распознаванием людей, даже тех, с кем они живут уже много лет. Через некоторое время большинство из них начинает запоминать, что их друзья, супруги и дети надевают, выходя из дома, и затем они могут узнать их в группе людей. В случае с Мэем его области мозга, отвечающей за распознавание лиц, не представилось возможности развиться, как это происходит у зрячих людей. Сразу после операции Майку Мэю приходилось кататься на лыжах с закрытыми глазами. Определяющие движение клетки его мозга столь же чувствительны, как и у других людей, но для него это сомнительное благо. Катание с гор перестало доставлять пьянящее ощущение, а стало пугающим, поскольку он стал замечать мир, несущийся мимо него. Впервые в жизни ему стало страшно ездить на машине вместе со своей женой, поскольку вид проносящихся по шоссе машин просто ошеломлял его.

Знаете ли вы? Нейрон, который любил Майкла Джордана

Что это значит — быть фанатом знаменитости? Предположим, что это означает буквально выделить пространство в своем мозгу для этого человека. Идея о том, что активность одного или нескольких нейронов может сигнализировать об идентификации определенного объекта или человека, стара, однако большинство нейрофизиологов не верит, что подобное действительно происходит в мозгу. В основном их недоверие происходит из-за того, что в мозгу просто не хватит нейронов для распознавания всего на свете, к тому же у людей не случается инсультов, после которых исчезает способность распознавать конкретных людей. Правда, некоторые пациенты теряют способность вообще распознавать людей, как говорилось выше.

В этом исследовании ученые записывали активность отдельных нейронов восьми человек со стойкой эпилепсией. Хирурги имплантировали электроды в височную долю мозга пациентов, чтобы определить место происхождения судорог, и посредством этих электродов записывали активность нейронов в то время, когда пациенты рассматривали картинки. Некоторые нейроны специфически реагировали на изображения, связанные с конкретной знаменитостью (обычно актером, политиком или спортсменом). Например, один нейрон активизировался в ответ на все фотографии Дженнифер Анистон, кроме единственной, на которой она была вместе с Брэдом Питтом, и не активизировался ни на какие другие фотографии. Другой нейрон реагировал на фотографии и рисунки Холли Берри и даже на ее напечатанное имя. Этот нейрон возбуждался в ответ на изображение Холли Берри в костюме женщины-кошки, но не реагировал на фотографию другой женщины в том же костюме. Другие нейроны отвечали за Джулию Робертс, Коби Брайанта, Майкла Джордана, Билла Клинтона и даже на знаменитые здания — например, Сиднейский оперный театр. Никто точно не знает, что именно делают эти нейроны, хотя одна область мозга, где они располагаются, участвует в процессе формирования новых воспоминаний.

Никто не знает, почему система определения движения в мозгу настолько жизнестойка, что может функционировать после сорока лет слепоты, но это может быть из-за того, что распознавание движения необходимо для выживания. Голодный ли вы волк или запуганный заяц, нет ничего лучше движения для того, чтобы найти другое живое существо в нашем мире.

Мозговые, анализирующие, движения отделены от тех, что анализируют форму. Вообще-то они и располагаются в разных частях мозга. Базовая область распознавания движений определяет перемещение по прямой, тогда как надстроенные области идентифицируют более сложные движущиеся образы, например прерывистое движение (подобно тому, как мы воспринимаем дождь сквозь работающие дворники машины или начальный эпизод фильма «Звездный путь»). Возможно, эти сигналы важны для навигации, поскольку наша сетчатка воспринимает подобные типы движения в процессе перемещения по миру.

Повреждение этих областей мозга приводит к так называемой «слепоте движения». Люди с этим заболеванием видят мир так, будто они находятся под мерцающим светом в дискозале. Сначала этот человек находится здесь, затем — вдруг — где-то еще. Как можно себе представить, очень опасно существовать в мире, где все окружающие люди и предметы обладают способностью к случайной телепортации, поэтому у таких людей возникают большие проблемы с перемещением.

Миф. Слепые люди лучше слышат

Люди издавна приписывали слепым особые, даже магические способности. Очень многие считают, что слепые обладают тончайшим слухом. Однако на поверку оказалось, что слепые различают слабые звуки ничуть не лучше зрячих.

Однако одно старинное мнение соответствует истине. В древние времена, еще до изобретения письменности, слепые славились знанием библейских историй, которые передавались из поколения в поколение устным путем. Память у слепых действительно лучше, особенно на языки. Поскольку они не могут полагаться на зрение и проверить вещи типа «Поставил ли я стакан на стойку?», им приходится все время использовать свою память (или в противном случае опрокинуть немало напитков на пол). Можно предположить, что именно постоянная практика помогает им отточить свою пространственную память. Кроме того, они лучше, чем зрячие люди, выполняют задания, связанные с иностранными языками, в том числе на понимание предложений. Слепые лучше определяют место, откуда был издан звук, возможно, это еще один способ проследить, где что находится.

Похоже, что слепые люди улучшают все эти способности, пользуясь преимуществом дополнительного пространства в мозге, которое не используется для зрения. Задания на вербальную память активизируют у них первичную зрительную кору, которая у зрячих людей участвует только в процессе зрения. Исследователи могут временно отключить область коры, пользуясь методом магнитного стимулирования внешней стороны черепа, чтобы подавить электрическую активность мозга. Эти помехи ухудшают способности слепых придумывать глаголы — одно из заданий, которое они выполняли особенно хорошо, хотя такое стимулирование никак не влияет на качество выполнения задания зрячими (хотя, конечно, влияет, мешая их способности видеть).

Мы рассуждаем так, будто наши глаза способны воспринять движущуюся сцену, создавая что-то типа кинофильма на сетчатке, на что действительно очень похоже наше восприятие. Это происходит потому, что мозг человека умеет смягчать и сглаживать движения в окружающем мире, заставляя нас воспринимать их как продолжительные, даже если это и не так. Однако теперь вы, наверное, уже догадались: наш мозг опять обманывает нас. Все время, пока вы бодрствуете, ваши глаза перепрыгивают с объекта на объект со скоростью 3–5 движений в секунду. Вы можете увидеть эти движения, понаблюдав за глазами друга. Каждое движение глаза дает сетчатке «моментальный снимок» конкретной части визуальной сцены, но мозг должен совместить эти неподвижные картинки вместе, чтобы создать иллюзию движущегося мира. Даже нейробиологи не очень представляют себе, каким образом происходит этот сложнейший процесс.

Необходима постоянная борьба, чтобы увидеть то, что находится перед самым нашим носом. Джордж Оруэлл

Опыт Майка Мэя доказывает, что зрение, хоть и кажется однородным, сопрягает множество функций. У большинства людей благодаря длительному развитию и обширному опыту эти функции слиты воедино и образуют целое изображение. Мозг Майка не научился быстро лгать и даже говорить правду. В результате он научился определять около 90 % того, что видел. Это не так здорово, как может звучать, поскольку он никогда не знал, какие 10 % его восприятия ошибочны. Теперь, обладая зрением, он выяснил, что не всегда может ему доверять. Четыре года спустя после восстановления зрения Майк Мэй в конце концов научился справляться с этой проблемой: он обзавелся собакой-поводырем.

Глава 7 Как пережить вечеринку: слух

Мы часто полагаем, что зрение — наш основной способ восприятия мира, но, возможно, слух не менее важен. По очевидным причинам глухота сильно затрудняет общение с другими людьми. Глухим людям пришлось создать свой собственный язык, для которого требуются глаза и руки вместо языка и ушей. Барьеры между глухими и слышащими людьми столь высоки, что возникла даже отдельная субкультура глухих. (Например, в фильме «Дети меньшего бога», в котором глухая женщина влюбляется в слышащего учителя из школы, где она работает. Возникает конфликтная ситуация, связанная с ее преданностью обществу глухих и угрожающая их отношениям.) То, каким образом вашему мозгу удается распознавать сложные звуки — например, речь, — до сих пор остается под покровом тайны, хотя ученые знают уже немало по поводу того, как мы определяем звуковые сигналы.

Что бы мы ни слушали — музыку, птичье пение или болтовню на вечеринке, — слушание начинается с ряда звуковых волн, которые мы называем просто звуком. Если бы мы могли увидеть волны, созданные чистым тоном (звуки флейты — отличный пример), их движение по воздуху, то они напоминали бы круги, возникающие от камня, брошенного в воду. Количество кругов (частота) определяет высоту тона: меньшее расстояние между волнами создает более высокий звук, большее — низкий, а от высоты волн зависит громкость звука. Речь, например, состоит из смеси многих звуков разной частоты и громкости.

Наружное ухо передает эти волны в специальный орган внутреннего уха — улитку (это название возникло благодаря его форме, напоминающей улитку, — см. рисунок). В улитке находятся различающие звуки клетки, расположенные рядами вдоль длинной, загнутой спиралью мембраны. Давление от звуковой волны перемещает жидкость в ухе и заставляет мембрану вибрировать по-разному, в зависимости от частоты звука. Эта вибрация активизирует сенсоры — волосовидные клетки. Из вершины каждой такой клетки торчит пучок тончайших волосков, напоминающих прическу панка. Движения этих волосков трансформирует сигнал из вибрационного в электрический, который может быть понят другими нейронами. Волосовидные клетки способны ощущать самые легкие движения и реагировать невероятно быстро (со скоростью более 20 000 импульсов в секунду).

Волосовидные клетки у основания улитки внутреннего уха могут ощущать самые высокие частоты. По мере продвижения по мембране к ее другому концу волосовидные клетки реагируют на все более и более низкие звуки. (Представьте себе последовательность звуков на пианино.) Подобная организация формирует схему частот звуков, которая поддерживается многими областями в мозге, отвечающими за звук.

Звуковая информация из обоих ушей переносится одновременно в нейроны ствола головного мозга. Доктора пользуются этим для установления причин потери слуха, выясняя, выражена ли она в обоих ушах или только в одном. Поскольку нейроны мозга получают информацию через оба уха, любое повреждение области мозга, отвечающей за процесс слуха, приводит к появлению глухоты в обоих ушах. Именно поэтому, если у человека проблемы со слухом только в одном ухе, то, скорее всего, повреждено само ухо или слуховой нерв. Глухота может быть вызвана и сторонним предметом, попавшим в ухо. Такие проблемы могут быть устранены с помощью слухового аппарата, усиливающего входящие в ухо звуки. Потеря слуха, вызванная повреждением волосовидных клеток, может быть устранена только с помощью имплантата улитки (см. Практический совет: улучшение слуха с помощью искусственного уха).

При слушании мозг решает две основные задачи: идентифицирует звук и определяет место источника звука в пространстве, чтобы вы смогли смотреть в этом направлении.

Ни одна из этих задач не является простой, и каждая выполняется отдельной областью мозга. Поэтому некоторые пациенты с поврежденным головным мозгом сталкиваются с трудностями в определении источника звука, но не с его интерпретацией, и наоборот.

Разница во времени достижения звуком нашего левого и правого уха, а также в его частоте помогает мозгу выяснить, откуда идет этот звук. Звук, раздающийся прямо перед вами (или прямо за вами), достигает одновременно обоих ушей. Звук, идущий справа, сначала попадет в правое ухо, и т. д. Точно так же звуки (по крайней мере высокие тона), идущие справа, звучат немного громче в правом ухе. Их громкость слегка ниже в левом ухе из-за того, что голова является препятствием на их пути. (Низкие звуки способны обходить голову сбоку и сверху.) Мы пользуемся разницей во времени восприятия звука, чтобы определиться с низкими звуками и звуками средней высоты, а для локализации высоких тонов служит разница в громкости.

Практический совет. Как предотвратить потерю слуха

Помните, как мама предупреждала вас не слушать громкую музыку, чтобы не испортить уши? Она была права. В Америке треть людей старше шестидесяти и половина старше семидесяти пяти сталкивается с тугоухостью. Самой распространенной причиной является длительное воздействие слишком громкого шума. Люди нашего поколения теряют слух быстрее, чем наши отцы и деды, вероятно, из-за того, что мир стал шумнее, чем раньше. Некоторые специалисты особенно беспокоятся по поводу МР3-плееров, которые способны часами производить громкую музыку, не требуя подзарядки.

Конечно, дело не только в рок-н-ролле. Ухудшение слуха вызывается любым громким шумом, продолжающимся определенное время: газонокосилкой, мотоциклом, самолетом, сиреной «Скорой помощи» или петардами. Даже кратковременный очень сильный шум способен повредить уши. Когда шум не является необходимостью, можно защитить уши с помощью затычек. Рок-концерт производит тот же уровень шума, что и бензопила, и специалисты советуют не слушать подобные звуки более одной минуты. Никто, конечно, не может запретить ходить на концерты, но учтите, что вред от прослушивания громких звуков накапливается, и чем больше вы будете их слушать, тем раньше начнете терять слух.

Шум приводит к ухудшению слуха, воздействуя на волосяные клетки, которые распознают звуки во внутреннем ухе. Как уже говорилось, из поверхности волосяных клеток тянутся пучки волосков, колеблющихся в ответ на звуковые вибрации. Если движения становятся слишком частыми, волоски могут порваться, и волосяные клетки больше не смогут различать звуки. Клетки, реагирующие на высокочастотные звуки (например, свист), наиболее уязвимы и обычно теряются раньше, чем те, что отвечают на низкие звуки (сирена). Вот почему вызванное шумом ухудшение слуха начинается с потери чувствительности к высоким звукам, которые особенно важны в процессе понимания речи.

Инфекционные заболевания уха — другая частая причина тугоухости. У трех из четырех детей бывают ушные инфекции, и родителям следует наблюдать за появлением симптомов. Дети обычно чешут уши, у них появляются проблемы с равновесием или со слухом, из ушей могут сочиться жидкие выделения, сон ребенка часто становится беспокойным.

Распознавая звуки, мозг особенно настраивается на сигналы, важные для поведения. Многие области мозга лучше реагируют на сложные звуки — от конкретных комбинаций частот и определенной последовательности звуков до специфических коммуникативных сигналов. Практически у всех животных имеются нейроны, специализирующиеся на распознавании важных для них звуковых сигналов — скажем, песен у птиц или эха у летучих мышей. (В движении летучие мыши пользуются устройством, напоминающим радар, воспринимая отраженное от предметов эхо и время его возвращения.) У людей особенно важными звуковыми сигналами является человеческая речь, и ее распознаванием занимаются несколько областей головного мозга.

Практический совет. Улучшение слуха с помощью искусственного уха

Слуховые аппараты, усиливающие звук в момент его попадания в ухо, не помогают пациентам, чья глухота стала результатом повреждения реагирующих на звук волосяных клеток в улитке. Однако многим из них способен помочь имплантат улитки — электронный прибор, хирургическим методом помещаемый внутрь уха. Прибор отслеживает звуки с помощью микрофона, размещенного в наружном ухе, затем стимулирует слуховой нерв, который в свою очередь посылает звуковую информацию из уха в мозг. Около 60 000 человек по всему миру пользуются такими улитковыми (или кохлеарными) имплантатами.

По сравнению с нормальным слухом, в процессе которого для различения звуковой информации используется около 15 000 волосяных клеток, кохлеарный имплантат — весьма сырое изобретение, поскольку оно издает только небольшой диапазон различных сигналов. Это означает, что пациенты слышат довольно-таки странные звуки, не очень похожие на те, к которым мы привыкли.

К счастью, мозг очень легко обучается и может интерпретировать электрическую стимуляцию правильно. Обычно требуется несколько месяцев, чтобы научиться распознавать эти сигналы, но приблизительно половина людей в конце концов научается различать речь без того, чтобы читать по губам, и даже может разговаривать по телефону. Другие пациенты считают, что их способность читать по губам улучшается благодаря дополнительной информации, поставляемой кохлеарным имплантатом, хотя некоторые так и не научаются распознавать новые сигналы и не считают, что этот прибор им помог. Детям в возрасте старше двух лет также вставляют такие имплантаты, и они быстрее обучаются понимать новый источник звуковой информации, возможно, благодаря тому, что способность мозга к обучению в детстве выше (см. главу 11).

Способность нашего мозга распознавать отдельные звуки меняется в зависимости от опыта слушания. Например, совсем маленькие дети способны различать звуки всех языков мира, но примерно в полтора года ребенок начинает терять способность распознавать звуки, которые не употребляются в его родном языке. Именно поэтому английские звуки r и l произносятся японцами одинаково — в Японии различия между этими звуками нет.

Что такое вечеринка? Это когда сорок человек собираются вместе, чтобы одновременно поговорить о себе. Человек, который остается после того, как выпивка закончилась, — хозяин. Фред Аллен

Вам может показаться, что люди просто забывают различия не употребляемых ими звуков, но это не так. Электрические записи мозга младенцев, сделанные с помощью электродов, присоединенных к их коже, показывают, что их мозг претерпевает изменения по мере того, как они выучивают родной язык. В возрасте двух-трех лет мозг ребенка начинает больше реагировать на звуки родной речи и меньше — на все остальные.

Практический совет. Как лучше расслышать собеседника по сотовому телефону в оживленном месте

Разговор по мобильному в шумном месте часто является головной болью. Возможно, вы, как и мы, пытались улучшить ситуацию, затыкая второе ухо пальцем, но поняли, что особой пользы это не приносит.

Но не надо сдаваться. Существует способ слышать лучше, используя способности своего мозга. Как это ни странно, но для этого вам нужно прикрыть рукой телефонную трубку. Вы будете продолжать слышать весь шум вокруг себя, но тем не менее вам станет лучше слышно своего собеседника. Попробуйте. Это помогает!

Как такое может быть? Причина, по которой этот фокус работает (а так и есть с большинством обычных телефонов, в том числе и сотовыми), в том, что вы используете способность своего мозга идентифицировать разные сигналы. Этот навык мы часто используем в толпе и в запутанных ситуациях. Иногда этот эффект называют «феномен вечеринки».

На вечеринке вам часто приходится выделять один голос и различать его среди остальных. Однако голоса идут в разных направлениях и звучат по-разному — высокие и низкие, гнусавые и звонкие. Как оказалось, наш мозг просто блистает в этой ситуации. Самая простая схема того, что делает наш мозг, выглядит так:

Голос левое ухо МОЗГ правое ухо уличный шум

Ситуация усложняется, когда голоса доносятся из разных источников. Однако мозг отлично справляется с разделением звуков. Это невероятно тяжелая проблема для большинства электронных приспособлений. Отличить голоса один от другого — своего рода искусство, которое не под силу автоматам. А вот мозг делает это безо всяких усилий.

Но вернемся к телефону. Разговор по телефону усложняет задачу мозга, поскольку звуки улицы, где вы находитесь, проникают в трубку и смешиваются с сигналом, поступающим из другого телефона. Поэтому вы сталкиваетесь с ситуацией, которая выглядит так:

Голос + деформированный уличный шум левое ухо МОЗГ правое ухо уличный шум

Эту проблему вашему мозгу решить сложнее, поскольку и голос вашего друга, и уличный шум — металлические и перемешаны в одном источнике. Их сложно разделить. Прикрыв трубку, вы прекращаете смешивание шумов и воссоздаете ситуацию вечеринки.

Конечно, может возникнуть и такой вопрос: почему так устроены телефоны? Причина в том, что много десятилетий назад разработчики решили, что смешивание голоса звонящего с входящими сигналами придает ощущение «разговора вживую». Перемешивание обоих голосов (дуплексная связь на жаргоне хакеров) действительно это делает, но, когда звонящий находится в шумном месте, сигнал становится сложнее расслышать. До тех пор, пока речь по телефону не будет так же четко слышна, как и при живой беседе, мы будем сталкиваться с этой проблемой, которую вы теперь можете решить, прибегнув к силе своего мозга. Как говорится в одной рекламе: «Теперь ты меня слышишь?»

По завершении этого процесса мозг автоматически помещает все слышимые им звуки в знакомые ему категории. Например, у вашего мозга есть модель идеального звука гласной о  — и все звуки, близкие к нему, слышатся одинаково, хотя они могут быть разной частоты и громкости. До тех пор, пока мы не пытаемся выучить иностранный язык, эта направленная на родную речь специализация весьма полезна, поскольку помогает нам различать слова разных людей даже в шумном месте. Одно и то же слово, произнесенное двумя людьми, может состоять из звуков самой разной частоты и громкости, но наш мозг воспринимает их более похожими друг на друга, чем они являются на самом деле, что позволяет различить их с большей легкостью. С другой стороны, программа распознавания речи требует тихой обстановки и сталкивается со сложностями, если сразу говорят несколько человек, поскольку это зависит от простых физических свойств звука. Именно поэтому человеческий мозг распознает звуки речи лучше, чем компьютер. Лично нам не покажутся поразительными достижения компьютеров до тех пор, пока они не начнут создавать свой собственный язык и культуру.

Глава 8 О вкусах не спорят (и о запахах)

Животные — одни из самых сложных в мире устройств по определению химических веществ. Мы способны различать тысячи запахов — хлеба, свежевымытых волос, апельсиновых корок, мебели из кедра, куриного бульона и туалета на бензозаправке в разгар летней жары…

Мы способны определить все эти запахи, поскольку в нашем носу находится большое количество молекул, способных различать химические вещества, которые и создают запахи. Каждая из этих молекул-рецепторов взаимодействует с определенными химическими веществами. Рецепторы состоят из протеина и располагаются в обонятельном эпителии — мембране на внутренней поверхности носа. Существуют сотни типов обонятельных рецепторов, и каждый запах может активировать десятки рецепторов одновременно. В активированном состоянии рецепторы посылают информацию о запахе в виде электрических импульсов по нервным волокнам. Каждое нервное волокно связано только с одним типом рецепторов, и в резльтате сведения о запахе переносятся по тысячам «проводов» прямо в мозг. Определенный запах активирует конкретную комбинацию волокон, и мозг расшифровывает информацию о запахе, определяя паттерны активности.

Вкус определяется точно так же, только рецепторы вкуса находятся на языке. Вкусовое ощущение бывает проще, поскольку есть только пять основных вкусов: соленый, сладкий, кислый, горький и умами. (Что такое «умами»? — спросите вы. Это вкус белковых веществ, который можно найти в приготовленном мясе или грибах, а также в пищевой добавке глютамат натрия. В английском языке нет слова, обозначающего этот вкус, и поэтому мы пользуемся японским термином.) Каждый из этих основных вкусов имеет минимум один рецептор, а иногда и больше.

Присутствие горечи, например, ощущается дюжинами рецепторов. В процессе эволюции животным необходимо было распознавать токсичные вещества в окружающей среде, и, поскольку ядовитые составляющие бывают различного вида, потребовались рецепторы, способные распознать их все. Вот почему у нас встречается врожденное отвращение к горькому вкусу. Но это неприятие можно преодолеть — взгляните только на всех этих любителей тоника и кофе.

Знаете ли вы? Спазм носа, или Чихание на солнце

Приблизительно один из четырех американцев чихает, когда смотрит на яркий свет. Этот световой чихательный рефлекс, кажется, не имеет под собой вообще никаких биологических оснований. Откуда у них такой рефлекс и как он работает?

Основная функция чихания очевидна: оно удаляет субстанции или объекты, раздражающие ваши дыхательные пути. В отличие от кашля чихание — это стереотипное действие, что означает: каждое чихание конкретного человека происходит каждый раз по одному и тому же сценарию, без каких-либо вариаций. Взрывное начало чихания выталкивает воздух на значительной скорости — до тысячи миль в час. Подобное мощное синхронизированное и повторяющееся событие может быть создано только при наличии положительной обратной связи в определенной части мозга, которая и приводит к бесконтрольному взрыву активности, напоминающей приступ эпилепсии. Однако чихание отличается тем, что у него есть заранее заданный механизм окончания, и, кроме того, оно не распространяется неконтролируемо на другие движения тела.

Чихательный центр расположен в стволе головного мозга, и повреждение этой области лишает нас и других млекопитающих способности чихать. Обычно чихание активируется сообщением о раздражающем объекте, которое посылается по проводящим путям прямо в конкретную область ствола. Эта информация попадает из носа в мозг по нескольким нервам, включая тройничный нерв, передающий самые разнообразные сигналы от лица в стволовую область. Тройничные нервы (по одному с каждой стороны) являются многофункциональными черепными нервами: они обрабатывают тактильные и опасные стимулы с лица и большей части кожи черепа, а также с конъюнктивы и роговицы глаза. Тройничный нерв даже передает двигательные сигналы в противоположном направлении — из мозга, в том числе команду кусать, жевать и глотать. Очень перегруженный нерв.

Эта перегруженность может объяснить, почему яркий свет ошибочно вызывает чихательный рефлекс. Яркий свет, который в норме должен вызывать сужение зрачка, может распространиться и на соседние области, например, на нервные волокна или нейроны, которые передают ощущения щекотания в носу. Неожиданное чихание способен вызвать не только яркий свет — мужской оргазм также может активировать этот рефлекс (у тех мужчин, которые испытывают оргазм).

Вообще подобные феномены (как, например, световой чихательный рефлекс) становятся возможными из-за путаницы и перегруженности, царящих в стволовой области мозга. В стволе находится огромное количество схем самых разных рефлексов и действий — практически все, что делает наше тело. Общий вид нашего ствола создавался очень давно, во времена появления первых позвоночных. Практически у всех позвоночных имеется 13 пар черепных нервов (хотя у рыб есть 3 дополнительные пары, передающие сигналы, поступающие из рецепторов боковых линий, расположенных вдоль боков рыбы). Черепные нервы обычно ведут к комплексной сети специфичных ядер нейронов, которые в своей основе устроены одинаково и отвечают за сходные функции у всех позвоночных. Изучение нервной системы животного — отличный способ предположить, как работает та или иная структура в мозге человека.

Причина схожести стволовой системы у разных видов животных в том, что она устроена весьма запутанно. С точки зрения эволюции полностью поменять все было бы просто катастрофой. Потомки ранних животных, первые позвоночные и современные позвоночные животные (рыбы, птицы, ящерицы и млекопитающие) — все вынуждены пользоваться такой схемой, которая может быть немного модифицирована, но никаких фундаментальных перемен в ней не бывает. Она напоминает схему метрополитена Нью-Йорка, которая в какой-то момент была простой, но теперь стала безнадежно запутанной после добавления нескольких уровней одного за другим. Некоторые части ствола больше не используются, а изначальное ядро теперь настолько переделано и залатано, что его нельзя переместить, возможно, из-за страха прекращения функционирования всей системы. Честно говоря, ствол головного мозга является, наверное, самым лучшим примером запутанного результата эволюционного подхода.

Почему мы называем острую еду жгучей? Химическое вещество, придающее острым соусам их пикантность, — это капсаицин. Ваше тело пользуется рецепторами капсаицина еще и для того, чтобы реагировать на повышение температуры. Именно поэтому мы потеем, когда едим острую пищу, — у этих рецепторов есть некое подобие «прямой линии связи» с мозгом, которая посылает сигналы с требованием остудить тело. Рецепторы капсаицина находятся не только на языке, но и по всему телу. Вы можете проверить это, приготовив еду с большим количеством острого перца, а затем положить немного на контактные линзы. Ой!

Знаете ли вы? Почему мыши не любят диетическую кока-колу?

В состав диетической кока-колы входит ингредиент, который придает ей сладкий вкус, — аспартам (заменитель сахара NutraSweet), который действует, связываясь с рецепторами сладкого на вашем языке. У людей рецепторы сладкого реагируют не только на сахар, но и на аспартам, сахарин и сукралозу (низкокалорийный сахар). У мышей эти рецепторы реагируют на сахар и сахарин, но не на аспартам. Они не предпочитают подслащенную аспартамом воду обычной воде, так что можно предположить, что для мыши диетическая кока-кола не кажется сладкой. (То же самое относится и к муравьям, которых не привлекает диетическая газировка.)

Используя генетические технологии, ученые смогли заменить мышиный рецептор сладкого человеческим. Эти трансгенные мыши любят аспартам и, предположительно, диетическую кока-колу. Следовательно, у мышей те же проводящие пути, что и у нас, просто с другими рецепторами.

Хотите провести интересный эксперимент? Проверьте, насколько ваши домашние животные любят сладкие напитки: сок, подсахаренную воду и диетическую газировку. Налейте напитки в разные мисочки и посмотрите, куда направится ваш любимец. Вы можете быть удивлены результатом!

Мятный вкус кажется прохладным по сходной причине. Недавно ученые определили рецептор, идентифицирующий ментол. Растения вырабатывают ментол по той же причине, что и капсаицин, — чтобы животным не нравился их вкус. Запахи и вкусы часто обладают сильными эмоциональными ассоциациями: бабушкин яблочный пирог, горелые листья, рубашка вашего любимого, свежий утренний кофе. Запахи могут быть связаны и с негативными ощущениями. 11 сентября 2001 года и в течение нескольких дней после этого Манхэттен был пропитан едким и горьким запахом, который вряд ли кто-нибудь, кто там был, сможет забыть. Некоторые запахи могут казаться приятными одним и неприятными другим. (Вспомните любимый запах Килгора из фильма «Апокалипсис сегодня» — «Я обожаю запах напалма по утрам… вся гора пахнет победой».) Такие ассоциации могут возникать потому, что обонятельная информация связана напрямую с лимбической системой — мозговыми структурами, являющимися посредником в создании эмоциональных реакций. Эти структуры способны обучаться, что дает им возможность ассоциировать запахи с приятными или опасными событиями.

Глава 9 Касаясь основ: осязание

Воры-карманники вряд ли подолгу обсуждают принципы работы головного мозга, но их занятие требует некоторого практического знания этого предмета. Обычно кража требует наличия двух партнеров. Один вор «случайно натыкается» на жертву с одной стороны, отвлекая внимание человека от рук второго, действующего с другой стороны. Это работает, поскольку переключает внимание человека на одну сторону и отвлекает мозг от событий, происходящих с противоположной стороны.

Наши ожидания влияют не только на наши реакции, они на самом деле определяют то, что мы чувствуем. Восприятие ощущений тела происходит в результате взаимодействия двух процессов: сигналов, идущих от рецепторов нашего тела, и активности мозга, контролирующего вашу реакцию на эти сигналы, а в некоторых случаях — даже то, дойдут ли они до мозга. Это взаимодействие можно заметить не только на примере карманной кражи, но и в таких разных феноменах, как боль и щекотка.

Несомненно, что физические стимулы также влияют на то, что мы чувствуем. В нашей коже множество разнообразных рецепторов — специализированных нервных окончаний, которые ощущают прикосновение, вибрацию, давление, напряжение кожи, боль и температуру. Мозг знает, какой тип рецепторов активизирован и в какой части тела он находится, поскольку у каждого рецептора есть своя «отдельная линия», по которой он посылает импульсы, передающие только один тип информации в мозг. Некоторые части нашего тела чувствительнее других. Наибольшая концентрация рецепторов находится на кончиках пальцев рук, и лишь немного меньше — на лице. На наших пальцах располагается гораздо больше рецепторов, чем на локтях, и поэтому нам не приходит в голову ощупывать предмет локтями в попытке разобраться, что это такое.

Другой тип рецепторов, расположенный в мышцах и суставах, дает нам информацию о нашей позе и напряжении мышц. Эта система позволяет людям осознавать положение рук с закрытыми глазами. При повреждении этих сенсоров человеку очень сложно совершать любые движения и необходимо наблюдать за собой, чтобы избежать ошибки.

Знаете ли вы? Почему невозможно пощекотать себя?

Когда доктор осматривает боящегося щекотки пациента, он кладет его руку поверх своей, чтобы помочь избежать неприятного ощущения. Почему это работает? Потому, что независимо от того, насколько вы боитесь щекотки, вы не можете сами себя пощекотать! Давайте! Попробуйте! Дело в том, что с каждым совершаемым нами движением часть мозга занимается предсказанием последующих сенсорных ощущений от этого движения. Эта система помогает нашим органам чувств сосредоточиться на происходящем вокруг и не дает им потонуть в бесконечном водовороте ощущений, вызванных нашими собственными действиями.

Например, когда мы пишем, мы не ощущаем ни стула, на котором сидим, ни текстуры носков. Однако мы немедленно заметили бы похлопывание по плечу. Если бы наш мозг получал чистую тактильную информацию, мы бы не могли сказать, хлопнул ли нас кто-то по плечу или это мы сами врезались в стену. Однако, поскольку реагировать в этих двух ситуациях нужно по-разному, мозгу важно разделять их без особых усилий.

Как мозг добивается этой цели? Для изучения этого вопроса лондонские ученые изобрели — подумать только! — щекочущую машину. Когда человек нажимает на кнопку, механическая рука начинает скрести щеточкой по его ладони. Если рука начинает движение в тот самый момент, когда была нажата кнопка, то человек ощущает прикосновение, но ему не щекотно. Однако эффект может быть усилен с помощью отсроченного включения. Отставания в одну пятнадцатую секунды вполне хватает для того, чтобы запутать мозг — он начинает думать, что машину включил кто-то другой, и человеку становится щекотно.

Более того, если направление движения механической руки отличается от движения человека, потянувшего за рычаг, тогда бывает достаточно отставания в одну десятую секунды, чтобы появилось ощущение щекотки. Этот эксперимент иллюстрирует то, что как минимум по отношению к щекотке наш мозг превосходно предсказывает сенсорные ощущения от наших собственных движений в течение доли секунды.

Что же происходит в мозгу, когда вы пытаетесь себя пощекотать? Те же ученые использовали метод сканирования мозга, который позволил пронаблюдать, как именно разные области мозга реагируют на разные типы прикосновений. Они рассматривали те области мозга, которые в норме реагируют на прикосновение к руке. Эти области активировались, когда экспериментаторы включали машину. Однако если кто-то сам нажимал на стартовую кнопку аппарата, дотрагивающегося до его тела, реакция была гораздо менее выраженной, хотя и была. Когда промежуток времени между включением и прикосновением был увеличен, что привело к появлению ощущения щекотки, тогда реакции мозга снова стали сильными. Как будто мозг был способен приглушить уровень ощущений, вызванных собственными движениями человека.

Это значит, что некоторые регионы мозга должны быть способны генерировать сигнал, который отличает наше собственное прикосновение от чужого. Экспериментаторы выяснили, что за это отвечает мозжечок — орган, чье название буквально означает «маленький мозг». Размер мозжечка — около одной восьмой всего мозга (немногим меньше кулака), а вес — около четверти фунта. Он также является главным кандидатом на место мозговой структуры, отвечающей за предсказание сенсорных последствий наших собственных движений.

Мозжечок превосходно расположен для того, чтобы отличать ожидаемые ощущения от неожиданных. Он получает сенсорную информацию практически всех типов, в том числе — осязательную, зрительную, слуховую и вкусовую. Кроме того, в него доставляются копии всех двигательных команд, посланных из моторных центров мозга. Ученые полагают, что мозжечок пользуется двигательными командами для того, чтобы предсказывать ожидаемые последствия каждого движения. Если это предсказание соответствует актуальной сенсорной информации, тогда мозг знает, что спокойно можно проигнорировать эти ощущения, поскольку они не важны. Если реальность не соответствует ожиданиям, тогда происходит нечто удивительное — и вам лучше обратить на это внимание.

Подобно другим сенсорным системам, области мозга, занимающиеся анализом осязательной информации, организованы в схемы, в данном случае — схемы поверхности тела. Размер конкретной области мозга зависит скорее от количества рецепторов в связанной с ней части тела, чем от ее величины. Поэтому область мозга, обрабатывающая полученную через лицо информацию, больше, чем область, отвечающая за данные со всей груди и ног. По той же схеме в мозгу кошки большая область занята нейронами, отвечающими за информацию, поступающую через усики.

Практический совет. Помогает ли акупунктура?

Лежать утыканным иголками по всему телу не кажется нам таким уж приятным занятием, но многие люди утверждают обратное. Использование игл в терапевтических целях — акупунктура — является обыденным делом в Азии и на протяжении последних трех десятилетий становится все более популярным методом лечения на Западе. Около 3 % американцев и 21 % французов пробовало этот метод. Около 25 % профессиональных врачей в Америке и Великобритании считают акупунктуру полезной.

Научные данные о пользе иглоукалывания запутанны и противоречивы. Многие исследования проводились и оценивались людьми, заинтересованными в доказательстве или опровержении его эффективности, в результате чего стало очень сложно определить, кого слушать. Изучив научную литературу, мы выяснили, что есть убедительные данные о том, что при некоторых состояниях акупунктура более эффективна, чем вообще отсутствие лечения, особенно при хронических болях и тошноте. Большинству людей иглоукалывание кажется приблизительно таким же эффективным методом, как и использование лекарственных препаратов, но нет никаких данных, доказывающих его пользу при других состояниях — скажем, при головной боли или наркозависимости.

В традиционной практике считается, что акупунктура улучшает поток ци — китайское слово, означающее «энергия». Ци циркулирует по каналам тела, и для освобождения ее потока иглы вставляются вдоль этих каналов, хотя разные авторы расходятся во мнении о точном местоположении, количестве каналов и точках акупунктуры. Попытки идентифицировать эти каналы в физиологических терминах успеха не принесли.

Однако акупунктура определенно оказывает эффект на мозг. Сканирование активности мозга показало, что иглоукалывание особым образом влияет на разные области мозга. Так, акупунктурная точка на стопе, традиционно связанная со зрением, активизировала зрительную кору, тогда как стимуляция любых находящихся по соседству областей не приводила к такому результату. Однако следующий эксперимент привел к другому результату, создав некоторую неопределенность по отношению к общему выводу. Области мозга, контролирующие боль, активизируются с помощью акупунктуры, но также и при ожидании облегчения боли или неправильно проведенном иглоукалывании в ошибочных точках.

Это поднимает главную проблему оценки любого медицинского метода (и особенно акупунктуры): многие пациенты начинают лучше себя чувствовать только из-за того, что кто-то обратил внимание на их проблему. Это и является причиной того, что более половины пациентов во многих исследованиях сообщают об улучшении их состояния после принятия подслащенных пустых таблеток. Ученые решают эту проблему, проводя двойные слепые исследования, в которых ни пациенты, ни те, кто осуществляет медицинский уход, не знают, кто получает реальное лечение, а кто — лишь симуляцию.

Конечно, это довольно жестко — заставлять пациентов гадать, воткнули в них иглы или нет. Некоторые исследователи пользовались ложной акупунктурой, вставляя иглы в ненужные точки. Такая акупунктура часто бывает не менее эффективной, чем настоящая, но, возможно, она сама по себе могла приносить определенный терапевтический эффект. В нескольких исследованиях применялись специальные устройства, которые при приближении к коже создавали у пациентов, не имевших опыта настоящего иглоукалывания, ощущение того, что в кожу вставляют иглу. Это решило половину проблемы, но исследователи все равно знали, на самом ли деле они лечили пациента или нет, что могло заставить их вести себя с пациентами в двух группах по-разному и таким образом повлиять на реакцию. Эти исследования дали неясные результаты. Большая их часть показала, что настоящая и симулированная акупунктуры одинаково эффективны, но в некоторых настоящая акупунктура оказалась полезнее.

В конце дня вам, вероятно, все равно, почему вы чувствуете себя лучше — до тех пор, пока это так, — и нет причин не попробовать иглоукалывание, если вам это интересно. В руках опытного практикующего врача это практически безопасно, поскольку серьезные проблемы возникают реже чем в одном случае из двух тысяч. Даже если многие детали этого процесса окажутся всего лишь фольклором, как мы и предполагаем, акупунктура все же имеет определенную ценность при лечении некоторых состояний.

Восприятие болезненных стимулов происходит через отдельные рецепторы, а затем анализируется специальными областями мозга — не теми, что обрабатывают информацию об обычных прикосновениях. Один тип рецепторов боли воспринимает жару и холод, а другой — болезненные прикосновения.

Предсказывать всегда непросто, особенно будущее. Неизвестный

Если вы когда-нибудь дотрагивались до раскаленной плиты, то знаете, что многие рецепторы боли способны активизировать рефлекторное движение, позволяющее вам очень быстро отреагировать на возможную опасность для вашего тела. Однако эти рефлексы — и все реакции на боль — подвержены очень сильной интерпретации ситуации самим человеком. У человека есть целый ряд мозговых структур, которые, основываясь на ситуации и ожиданиях, оказывают влияние на части мозга, ощущающие боль. В результате у солдата с серьезным ранением на поле боя может практически блокироваться ощущение боли. Но более часто встречается противоположный эффект — внезапное ощущение усиления боли у маленького ребенка при виде приближающейся матери.

Эти реакции часто называют психологическими, но это не означает, что они не реальны: ожидания и убеждения людей создают физические изменения в мозгу. Если человеку дать таблетку или сделать укол, не содержащие никакого лекарственного вещества, но сказать, что это снимет боль, то области мозга, ответственные за генерирование боли, начнут активизироваться. Когда людям говорят, что определенная мазь облегчит наступающий электрический шок или ожог, то не только повышается активность в контролирующих боль областях, но и уменьшается активность в областях, принимающих болевые сигналы. Однако такое облегчение боли, вызванное лечением с эффектом плацебо, может быть блокировано с помощью налоксона — препарата, препятствующего действию морфина на рецепторы. Отсюда можно заключить, что, когда пациентам говорят, что их болезненные ощущения уменьшатся, мозг реагирует на это выработкой эндорфинов — естественных химических веществ, уменьшающих боль. Даже инъекция соленой воды — наиболее безопасный вариант лечения — может привести к снижению боли и выработке эндорфинов.

Эндорфины воздействуют на те же рецепторы, что и морфий и героин. Благодаря эндорфинам ваше тело и реагирует на эти наркотики. Эндорфины обеспечивают снижение боли, когда мозг решает, что в данный момент организму важнее продолжать функционировать (например, убежать от опасности), чем защититься от дальнейшего повреждения.

Практический совет. Отраженная боль

Вы когда-нибудь испытывали боль, вызванную несварением желудка, причем вам казалось, что болит грудь? Такая путаница происходит из-за того, что все нервы, ощущающие боль во внутренних органах, посылают сигналы по одним и тем же каналам спинного мозга, которые передают информацию с поверхности тела. Такое совмещение не позволяет мозгу разобраться в том, что именно не так. Боль, ощущаемая не в том месте, где находится ее источник, и называется отраженной болью.

Поэтому докторов учат, что жалоба пациента на боль в левой руке может означать сердечный приступ. Точно так же боль от камня в почке может ощущаться в желудке, боль в желчном пузыре — около ключицы, а боль от аппендицита может проявить себя около пупка. Если у вас постоянная боль без какой-либо очевидной причины в любой из этих областей (но особенно — в левой руке), вам следует как можно скорее обратиться к врачу.

Ученые в Стэнфорде пытались с помощью сканирования мозга научить людей активизировать контролирующие боль области головного мозга. Если бы это сработало, то подобная техника помогла бы людям с хроническими заболеваниями уменьшить страдания без уколов, таблеток или мазей. Ученые пользовались функциональной визуализацией, чтобы определить активность в конкретной области мозга. Участники могли видеть на мониторе компьютера, достигли ли они желаемого результата. С помощью этой техники участникам эксперимента удалось добиться сознательного контроля над активностью в одной области мозга. Однако поможет ли это добиться облегчения боли у пациентов, покажет будущее.

Часть III Как меняется наш мозг на протяжении жизни

Глава 10 Растим вундеркинда: раннее детство

Когда мы были маленькими, родители старались обеспечить нашу безопасность и не давали нам бегать с ножницами в руках. Насколько мы можем помнить, этого вполне хватало, да и родителям было чем заняться. Сегодня семейная жизнь людей среднего класса стала гораздо более сложным делом. Наш день заполнен компьютерами и беби-аэробикой. В журналах пишут, что мы можем повысить интеллект нашего ребенка, давая ему прослушивать музыку Моцарта в раннем детстве или еще до рождения. Родители волнуются, что если маленькая Эмма не пойдет в хороший садик, то она никогда не сможет поступить в достойный институт. Каждые пару лет новый специалист только увеличивает всеобщее беспокойство, объясняя, как опыт ребенка в раннем детстве определяет его интеллект и успешность в последующей жизни.

У наших собственных родителей был совсем другой взгляд на воспитание детей. Сэм целыми днями просиживал за телевизором и до сих пор может в деталях рассказать сюжет фильмов «Звездный путь» и «Семейка Брэди». Сандре было пять лет, когда друзья открыли ей один секрет: на телевидении были и другие каналы, помимо PBS. Поскольку ее родители не смотрели ничего другого, она провела свои ранние годы за просмотром «Улицы Сезам» и других тщательно созданных образовательных программ. Несмотря на то, что у Сэма должен был полностью атрофироваться мозг, ему все-таки удалось стать профессором университета, и в настоящее время он читает лекции студентам.

Это правда, что окружающая среда влияет на развитие мозга ребенка в ранние годы, но вам вряд ли стоит беспокоиться, что ваш ребенок недополучает информации. Нет никаких сомнений в том, что депривация в детстве может привести к ненормальному развитию мозга. Приведем экстремальный пример: дети, проведшие свои первые годы в приюте, часто сталкиваются с большими проблемами на протяжении всей жизни. Но эти несчастные малыши оставались одни в кроватке в течение нескольких лет, и няня к ним подходила не чаще, чем было нужно поменять памперсы. Если только вы не запираете своего ребенка в чулане (если это так, вам лучше перестать это делать), можете не беспокоиться о том, что на развитие мозга вашего ребенка может повлиять серьезная депривация.

Миф. Слушая музыку Моцарта, дети умнеют

Один из самых распространенных мифов относительно мозга гласит, что проигрывание классической музыки младенцам развивает их интеллект. Никакие научные данные не подтверждают эту идею, однако она упорно продолжает существовать. Вероятно, это происходит из-за того, что такая идея дает возможность направить тревогу родителей по поводу интеллектуального развития детей в конструктивное русло, а продавцы классической музыки рассказывают о ее пользе как можно чаще.

Почвой для мифа послужила статья, опубликованная в 1993 году в научном журнале «Nature», где говорилось, что после прослушивания сонаты Моцарта студенты колледжа лучше выполнили тест на сложное пространственное мышление. Журналисты оценили этот эффект как прибавление в уровне IQ по шкале интеллекта Стэнфорда — Бине на 8–9 пунктов. Но в то время журналисты писали об этом факте приблизительно столько же, сколько и о любой другой научной статье, опубликованной в этом журнале в том году.

Идея стала действительно популярной после того, как в 1997 году была опубликована работа Дона Кэмпбелла «Эффект Моцарта». В этой книге мистика сочеталась со свободной интерпретацией научных фактов, что и привело к появлению бестселлера и воздействию на общественное мнение. На следующий год губернатор штата Джорджия Зелл Миллер сыграл «Оду к радости» Бетховена на собрании законодательного органа и потребовал выделения 105 тысяч долларов, чтобы выслать диски с классической музыкой всем родителям новорожденных младенцев штата. Законодатели одобрили его запрос, не подумав, что вряд ли после пятнадцати минут прослушивания музыки уровень интеллекта младенцев повысится и останется таковым на протяжении всей жизни. Законодательное собрание Флориды вскоре последовало этой моде, постановив, что в государственных детских садах и яслях ежедневно должны играть классическую музыку.

К настоящему времени идея о том, что классическая музыка делает детей умнее, была повторена бесчисленное количество раз в газетах, журналах и книгах. Люди в десятках стран слышали об этом. В процессе пересказа студенты, проявившие «эффект Моцарта», постепенно были заменены детьми и младенцами. Некоторые журналисты решили, что результаты студентов вполне можно перенести и на детей, а другие даже не были знакомы с оригинальным исследованием.

В 1999 году другая группа ученых решила повторить эксперимент со студентами колледжа и… не получила такого же результата. Хотя это вряд ли означает, что первоначальные данные были искажены. Важно то, что никто не проверял эту идею на младенцах. Никогда.

Но если прослушивание классики вряд ли улучшит развитие мозга ваших детей, кое-что все-таки может это сделать. Пусть они сами сыграют для вас мелодию. Дети, которые занимались музыкой, обладают лучшими навыками пространственного мышления, чем те, кто никогда не брал в руки музыкального инструмента. Возможно, это происходит потому, что музыка и пространственное мышление обрабатываются схожими мозговыми системами. Наполнение вашего дома музыкой действительно может повысить интеллект ваших детей, если они будут не только пассивными слушателями, но и активными творцами.

Наверное, вас больше интересует то, как мозг развивается в нормальных условиях. На самых ранних стадиях развития ему еще не требуется опыт. Это очень кстати, поскольку ребенок находится внутри матери, а там не так много доступной стимуляции. Именно в это время формируются различные области мозга, нейроны рождаются и перемещаются на свои окончательные места, а аксоны дорастают до нужных органов. Если в этот момент процесс пойдет неправильно из-за лекарств или токсинов в материнском организме или из-за генетических мутаций в теле плода, то у ребенка при рождении часто обнаруживаются серьезные дефекты. Пренатальное развитие мозга позволяет ребенку осуществлять многие виды базового поведения — например, отклонение от быстро приближающегося предмета. После рождения малыша для некоторых сторон развития мозга становится важен сенсорный опыт. В нормальной обстановке есть все возможности для получения большей части необходимого опыта. Например, как мы увидели из истории Майка Мэя (глава 6), зрительная система не может нормально развиться без опыта адекватного зрения, однако этот опыт без труда получает любой видящий человек. Нам нет нужды посылать своих детей на курсы обогащения зрительного опыта, чтобы быть уверенными, что эта область головного мозга разовьется у них нормально. Ученые называют такой тип зависимости от окружения «развитием, требующим опыта», и это самый обычный вариант того, как окружающая среда влияет на развитие мозга. Приблизительно так же вполне доступного нам сенсорного опыта полностью хватает для нормального развития способности локализации звуков и связи «мать — дитя».

Сенсорный опыт влияет на то, у каких нейронов формируются синапсы от входящих аксонов. Может показаться, что паттерны активности в растущих аксонах определят то, где будут формироваться новые синапсы. Однако мозгу не нравится такой подход. Вместо этого он вырабатывает огромное количество относительно неизбирательных связей между нейронами и соответствующими областями мозга во время раннего развития, а затем удаляет те, что не были достаточно задействованы в течение первых двух лет жизни (у людей). Если представить себе мозг человека в виде куста роз, то ранний жизненный опыт будет отсечением ненужных ветвей, а не удобрением.

Требующее опыта развитие влияет и на интеллект ребенка, что демонстрирует эффект серьезной депривации. Есть основания предполагать, что способность учиться или рассуждать может быть улучшена с помощью проводимой интеллектуально стимулирующей деятельности (которую мы часто называем развивающей), но насколько именно — это хитрый вопрос. Ключевым моментом может являться разница между обучением активным навыкам, например, игре на музыкальном инструменте, в противовес пассивным — слушанию музыки (см. Миф: слушая музыку Моцарта, дети умнеют).

В последние десятилетия средний коэффициент интеллекта (IQ) во многих странах вырос. Как мы обсудим позднее, в главе 15, что-то в современной жизни подталкивает детей выполнять эти тесты лучше, чем их родители. Эффект проявляется особенно сильно среди людей с IQ ниже среднего. Мы не знаем, что больше влияет на уровень, которого достигает IQ у этих детей: изменения в их интеллектуальном окружении или лучший уход во время беременности и питание в раннем возрасте, — но наверняка все эти факторы оказывают свое воздействие.

Данные о том, что обогащение окружающей среды помогает развиваться мозгу, были получены в основном в результате исследований, проведенных на лабораторных животных. Например, мыши, жившие с другими мышами в окружении часто меняющихся игрушек, имели более развитый мозг, более крупные нейроны, больше глиальных клеток и синапсов, чем мыши, содержавшиеся в одиночных стандартных клетках. Мыши с более крупным мозгом проще справлялись с разнообразными предложенными им заданиями. Подобные изменения происходили не только у молодых, но и у взрослых и пожилых животных.

К сожалению, не совсем ясно, как перенести данные этих исследований на людей. Мы не знаем, насколько отличается наше развитие по сравнению с лабораторными животными. Лабораторные мыши живут в очень упрощенной среде; им редко приходится попадать в сложные ситуации, чтобы добыть пищу или найти себе пару, и им точно не приходится писать дипломной работы в вузе. На практике получается, что эти исследования выясняют не столько полезные факторы развития головного мозга, сколько негативные эффекты депривации в типично лабораторных условиях. Отталкиваясь от полученной информации, можно с уверенностью сказать, что обществу следует вплотную заняться улучшением ситуации с развитием детей, находящихся в условиях относительной депривации. Дальнейшие попытки обогатить жизнь детей, проживающих в нормальных условиях, принесут мало пользы или окажутся вообще бесполезными.

Знаете ли вы? Стресс в раннем детстве и уязвимость в дальнейшей жизни

Иногда кажется, что некоторые люди психически более устойчивы, чем другие. Частично эта особенность может объясняться тем, что ранний опыт человека способен обострить реакцию стрессовых гормонов во взрослом возрасте. Это верно для крыс, для обезьян и, вероятно, для людей.

У грызунов во время беременности стресс повышает выделение глюкокортикоидных гормонов. В результате деятельности этих гормонов детеныши могут столкнуться в дальнейшей жизни с разнообразными проблемами. Обычно они рождаются мельче, чем нормальные животные, и во взрослом возрасте у них чаще бывает гипертония и повышенный уровень глюкозы в крови. У этих подвергшихся еще до рождения стрессу животных чаще проявляется тревожное состояние, и они хуже обучаются при выполнении лабораторных тестов.

Хорошая же новость в том, что активная материнская забота в течение первой недели жизни может повысить стрессоустойчивость крыс в дальнейшей жизни. Материнский уход постепенно усиливает деятельность генов, которые кодируют рецепторы стрессовых гормонов в гиппокампе. Поскольку активизация этих рецепторов понижает выделение стрессовых гормонов, то благодаря материнской заботе крысята меньше тревожатся во взрослом возрасте. Недостаточный материнский уход ведет к противоположному эффекту. Искусственное повышение деятельности этих генов или содержание животных в обогащенной среде меняет гормональный эффект плохого материнского ухода у взрослых крыс на противоположный.

Забота матери о крысятах затрагивает системы как возбуждающих, так и подавляющих медиаторов, действующие и во взрослом возрасте.

Ранний стресс может повысить дальнейшую уязвимость и у людей. Жестокое обращение, пренебрежение или жесткая и непоследовательная дисциплина в раннем детстве повышают позднейший риск появления депрессии, тревожности, ожирения, диабета, гипертонии и пороков сердца. Увеличивается и реакция стрессовых гормонов во взрослом возрасте. Однако ученые не знают точно, приводит ли стресс к изменениям в мозге человека так же, как это происходит у крыс, и можно ли блокировать эти эффекты у взрослых людей с помощью лекарственных препаратов.

Страницы: «« « 12345 » »»