100 великих тайн сознания Бернацкий Анатолий

«АД» И «РАЙ» В ГОЛОВЕ

«В большой клетке был установлен маленький рычаг, нажимая на который крыса замыкала электрическую цепь и получала импульс тока через электрод, вживленный в определенную зону. И она буквально заплясала на рычаге. Еда и питье ее уже не интересовали.

С помощью вживленных электродов возможно влиять на поведение животных

Она валилась от изнеможения, немного спала и снова бросалась к рычагу. Частота барабанных ударов лапой по рычагу доходила до нескольких тысяч в час. Если ученый в это время прерывал цепь, крыса, несколько раз яростно ударив педаль, разочарованно от нее отходила. Спала, ела, чистилась, не забывая при этом время от времени подходить к педали».

В этом отрывке, взятом из книги «Чудеса и трагедии черного ящика», ее автор И.М. Губерман описывает поведение крысы, у которой с помощью введенного в мозг электрода слабыми электрическими импульсами стимулировали так называемый «центр удовольствия», или «рая». Да-да, есть в нашей голове, оказывается, и такой, как, впрочем, и центр беспокойства и боли, или «центр ада».

Открыли их в 195 3 году канадские ученые супруги Олдз, изучавшие в то время на крысах ретикулярную формацию – совокупность нервных структур, обеспечивающих тонус и определенную степень готовности к деятельности различных отделов центральной нервной системы. Ученые вводили в определенный участок мозга электрод и по нему подавали электрические импульсы, когда животное, помещенное в специальный ящик, случайно забегало в один из его углов.

Но один из опытов оказался неудачным, по крайней мере так в тот момент посчитали исследователи: после вскрытия они выяснили, что вместо ретикулярной формации электрод попал в гипоталамус, где и застрял.

Об этом ученый не знали, поэтому во время эксперимента сразу обратили внимание на неадекватное поведение крысы: электрическая «щекотка» мозга ей явно нравилась, по крайней мере она периодически стала посещать в угол, в котором по ее мозгам «били» током.

Но это был всего лишь побочный эффект эксперимента, постановка которого преследовала совсем иные цели. Поэтому опыт видоизменили. Теперь, если крыса действительно испытывала удовольствие от поступающих в мозг импульсов, она должна была сама нажимать рычаг.

Результаты опыта потрясли супругов Олдз. Когда крыса установила связь между нажатием рычага и удовольствием – а на это ей потребовалось не более двух минут, – она словно обезумела. В течение часа она нажала на рычаг почти восемь тысяч раз.

Впрочем, это были даже не нажатия на педаль, а лихорадочные монотонные, с менее чем полусекундным интервалом, удары по рычажку.

И продолжался этот танец на педали целых двое суток, почти без перерывов, до полного изнеможения животного.

Даже сморенная голодом, крыса, попав в ящик, в котором были еда и заветный рычаг, без промедления кидалась к педали.

Более того, когда животному, чтобы добраться до источника блаженства, требовалось пробежать по металлической решетке, которая находилась под напряжением, она без раздумий пересекала этот Рубикон. Однако если же по ту сторону решетки находилась только еда, крыса, даже после 24-часовой голодовки, не спешила пересечь пространство, приносящее боль.

В наше время кроме крыс такие опыты воспроизводились на рыбах, морских свинках, кошках, обезьянах, дельфинах, собаках и других животных.

А вообще впервые ввел электроды в мозг млекопитающего с последующим стимулированием определенных зон электрическими импульсами в 1924 году будущий лауреат Нобелевской премии швейцарский физиолог Гесс. Но в первое время для своих опытов ученый использовал не металлические стержни, а тончайшие трубочки, через которые в мозг кошек вводил различные химические вещества, которые вызывали явные отклонения в поведении животных.

Впоследствии помимо зон удовольствия были также обнаружены области боли, ярости и страха. Животное, хотя бы однажды испытавшее боль после нажатия на рычаг, впоследствии старалось к коварной педали даже близко не подходить.

Многолетние исследования зон удовольствия и страха позволили ученым создать «эмоциональную» карту крысиного мозга, на которой «рай» занимает 35 %, а «ад» – всего 5 %. Эти центры были разбросаны по всей лимбической системе – в гипоталамусе, в таламусе, в соседних отделах.

Остальные 40 % – нейтральные участки, раздражение которых не вызывает у крыс ни ярости, ни блаженства.

Обширные исследования мозга обезьян и других животных провел известный испанский нейрофизиолог Хосе Дельгадо, которого в особенности интересовали те участки серого вещества, стимуляция которых электротоком приводит к вспышкам агрессии или ее прекращению.

Так, в одном из экспериментов Дельгадо имплантировал в мозг самца макаки, отличавшегося неуживчивым характером, стимосивер – особое устройство, которое представляет собой миниатюрный электрод, обладающий способностью получать и передавать электронные сигналы. Одновременно в клетке был установлен рычаг, нажатие на который стимулировало определенный участок мозга самца-задиры, и он успокаивался.

Самка, жившая в той же клетке, вскоре обнаружила взаимосвязь между поведением самца и педалью, и надавливала на нее всякий раз, как только самец начинал угрожать ей.

А в 1963 году на ранчо в испанской провинции Кордова Хосе Дельгадо провел удивительный по зрелищности и сенсационности эксперимент. Нескольким быкам, которые принимали участие в корриде, он тоже вживил в мозг стимосиверы, тем самым получив возможность управлять их движениями с помощью портативного передатчика. И когда разъяренный бык бросился на ученого, он послал электрический импульс в хвостовое ядро мозга быка, и тот мгновенно замер всего в нескольких футах от Дельгадо.

Опыты с кнопочным управлением эмоциями широко проводились и на других животных: обезьянах, кошках, щенках…

Одно нажатие кнопки – и два мирно играющих котенка в мгновение ока превращаются в двух разъяренных созданий, готовых в любой момент наброситься друг на друга.

А вот стадо обезьян. Доминирующий самец на правах хозяина вальяжно расхаживает по участку, контролируя поведение каждой особи. Малейшее неповиновение или нарушение субординации со стороны подчиненных моментально пресекается грозным рыком или укусом. Молодой самец, проявивший строптивость, сильным ударом вожака отброшен в угол, где и замер в ожидании более серьезного наказания.

Но неожиданно характера вожака резко меняется. Он перестает обращать внимание на ослушников и ведет себя так, словно никого вокруг нет. В первое время подданные, случайно толкнувшие вожака, вздрагивали, ожидая наказания, а затем осмелели и уже почти не обращали на него внимания. Прошел еще день, и в стаде появился новый хозяин.

А вся эта метаморфоза произошла после нажатия кнопки радиопередатчика, сигнал от которого проник в мозг самца, превратив его из злобного создания в покладистое и мирное животное.

Стимулировали определенные участки мозга и у людей. В результате прекращались длительные боли самого разного характера, у людей в лучшую сторону менялось настроение, а иногда у психических больных наблюдалось даже просветление рассудка.

Возможно, скоро наступит такое время, когда с помощью имплантированных миниатюрных устройств можно будет добиваться такого соотношения ярости и блаженства, «ада» и «рая» в мозгах больных людей, что многие психические расстройства будут так же легко излечиваться, как аппендицит или насморк.

А ВСЕ-ТАКИ ИХ ДВОЕ

Человеческий мозг, как известно, состоит из двух полушарий – правого и левого, соединенных между собой так называемым мозолистым телом, главной функцией которого является обеспечение связи между двумя полушариями. Казалось бы, мозолистое тело – достаточно важный отдел головного мозга.

Пациент, подготовленный к каллозотомии

Но, оказывается, если этот кабель, внутри которого находится огромное количество нервных волокон, перерезать, то на поведение человека заметным образом это не скажется. То есть обе половины мозга будут функционировать независимо друг от друга, словно ничего особенного не произошло.

На этом факте основан один из методов лечения людей, страдающих эпилептическими припадками. Это была крайняя мера, но когда другие средства не помогали, хирурги разрезали мозолистое тело, тем самым отделяя одно полушарие от другого. И, как ни странно, эта операция, называемая по-научному каллозотомией, дала желаемые результаты, не повлияв при этом ни на внешний вид пациентов, ни на их поведение.

Так вот, когда американские нейрофизиологи Роджер Сперри и Майкл Гаццанига начинали свои исследования людей с «разделенным мозгом», они и представить не могли, что результаты, которые они получат, будут столь невероятными.

А все началось с того, что в процессе работы у исследователей возникла идея изучить реакции каждого полушария по отдельности. Перебрав несколько вариантов, ученые решили выяснить реакцию полушарий на зрительные образы.

Дело в том, что часть нервных волокон, по которым поступают сигналы от глаз в мозг, расположены не параллельно друг к другу, как можно было бы предположить, а пересекаются в мозолистом теле. Это значит, что сигнал от правого глаза идет к левому полушарию, и, наоборот, от левого глаза – к правому полушарию мозга.

Но не это в данном случае главное. Важнее другое. И именно это «другое» и стало сенсацией эксперимента, который проводился по следующей методике.

Во время эксперимента испытуемым проецировали на экран картинки: сначала – на левый глаз, потом – на правый. Причем одним глазом увидеть оба изображения было невозможно.

И вдруг в какой-то момент на экране вместо картинки появлялась надпись: «Кто ты?»

Правая половина мозга тут же «отвечала»: «Петер Самсон». Левая, когда надпись показывали с правой стороны, это подтверждала. Следующий вопрос «звучал» так: «Кем ты хотел бы быть?». Правое полушарие свой ответ формулировало так: «Автогонщиком». А левое неожиданно для экспериментаторов отвечало: «… Чертежником!»

Именно этот разнобой в ответах испытуемого и шокировал нейробиологов.

Ведь всегда считалось, что мозг человека – это целостная структура, все части которой объединены в единый ансамбль, называемый личностью. И только в случае травм мозга, патологических изменений его отдельных структур это единство может нарушиться. Например, возникнет множественность личностей.

А иногда функции, которые выполняла поврежденная область, перераспределяются между другими зонами мозга, и человек фактически остается прежним.

Но эти факты особого влияния на понимание основных принципов функционирования нервной системы человека не оказывали.

Но вот результаты изложенного выше эксперимента ученых действительно и впрямь ошеломили.

Еще больше поразили ученых результаты, полученные в ходе дальнейших, более тщательных, экспериментов. Оказалось, что каждое полушарие представляет собой отдельную полноценную личность, со своими собственными мечтами, воспоминаниями, эмоциями.

МЕСТО НАШЕГО «ЭГО»

Есть много в мире, друг Горацио, такого,

что и не снилось нашим мудрецам…

У. Шекспир. Гамлет

В 1970 году американский ученый Гордон Гэллоп Младший нескольким шимпанзе, которые находились под наркозом, пометил краской бровь и противоположное ей ухо. Когда животные проснулись, они повели себя как обычно, то есть на нанесенные отметины никак не реагировали. Но как только шимпанзе увидели себя в зеркале, их поведение резко перестроилось: они стали с явным любопытством ощупывать окрашенные части головы. Это говорило о том, что шимпанзе, наблюдая свое отражение, понимали, что они изменились, и доказывали наличие у них самосознания.

Аналогичные эксперименты были проведены и на других обезьянах. В результате выяснилось, что кроме шимпанзе узнают себя в зеркале еще орангутаны и гориллы, причем в возрасте 4-х и более лет.

Что же касается других животных, то ни одно из них себя в зеркале не идентифицировало: ни собаки, ни кошки, ни голуби…

Шимпанзе – одно из немногих животных, способных узнавать себя в зеркале

Правда, были получены убедительные доказательства, что в зеркале узнают себя дельфины афалины, а также слоны.

Конечно, это замечательно, что ученые установили наличие самосознания у пяти видов животных. Беда только в том, что у самих исследователей, изучающих мозг, пока нет четкого понимания феномена самосознания.

Хотя, на первый взгляд, для любого человека и, естественно, для нейробиолога тоже, его собственное «Я» – самая очевидная на свете вещь, но именно это «Я» и является одной из величайших загадок мироздания.

А вообще, по определению, «Я», или «Эго», – это та часть личности, которая осознает саму себя и находится в контакте с окружающим миром.

И хотя проблема самосознания действительно своего рода Монблан или даже Эверест в науке, тем не менее сегодня многие ученые подошли к ней вплотную и готовы ее покорить.

Например, ученые уже выделили ряд явлений и механизмов, которые лежат в основе восприятия человеком самого себя. И на их основе они теперь пытаются выяснить, каким образом вся совокупность разнообразных процессов, протекающих в мозге, взаимодействует между собой, порождая целостное ощущение собственного «Я».

Толчком к современным исследованиям самосознания послужила книга американского психолога Уильяма Джеймса «Принципы психологии», изданная в 1890 году.

В этой работе Джеймс утверждал, что, «хотя ощущение собственного “Я” может казаться целостным, оно имеет множество граней: от восприятия собственного тела до личных воспоминаний и далее, вплоть до осознания своего положения в обществе».

Но каким образом мозг из отдельных представлений о себе самом создает целостную картину «эго», ученый ответить не смог.

Основным же инструментом, позволяющим ученым по крупицам собирать сведения о структуре человеческого самосознания, является эксперимент.

Один из таких опытов в статье «Самосознание и мозг» описывает известный американский журналист Карл Циммер.

«Стремясь понять, как люди реагируют на информацию о себе, экспериментаторы задавали добровольцам вопросы, касающиеся как их самих, так и других людей. Затем был проведен быстрый опрос, чтобы узнать, какие вопросы испытуемые запомнили лучше. Оказалось, что люди всегда легче удерживают в памяти то, что касается их самих».

Многие ученые посчитали, что эти опыты ничего нового не привнесли, а лишь еще раз доказали ту простую истину, что каждый человек себя знает намного лучше, чем других.

Большую помощь в изучении феномена самосознания в последние десятилетия ученым оказывают новейшие приборы, с помощью которых можно визуально наблюдать изменения в мозге.

Например, обнаружено, что, когда человек думает о своих качествах, некоторые участки коры активируются сильнее, чем при размышлении о других. В связи с этим нейробиологи предположили, что именно эти отделы мозга и входят в состав сети самосознания.

Много любопытных сведений о структуре человеческого «Я» дают исследования травмированных участков мозга, которые в большей или меньшей степени влияют на осознание человеком себя как индивидуальности.

Известен случай, произошедший в XIX веке, когда во время аварии металлический стержень буквально пронзил голову человека. Несчастный остался жив, но его характер и поведение резко изменились. Он потерял свою прежние профессиональные навыки, стал проявлять неуважение и грубость к окружающим.

А вот другой случай, тоже связанный с парадоксом самосознания.

75-летний мужчина попал в больницу. У него был диагностирован сердечный приступ, приведший к нарушениям в работе мозга. В результате больной почти напрочь забыл свое прошлое.

Лечащий врач решил выяснить, насколько у пациента изменилось ощущение собственного «Я». Для этого доктор предложил больному выбрать из 60 черт характера те, которые были свойственны ему.

Аналогичный список дали дочери больного и попросил ее выбрать те особенности характера, которые, по ее мнению, свойственны отцу.

Оказалось, что ответы отца и дочери во многом совпали. Таким образом, больной, который не мог ничего вспомнить из прошлого, тем не менее смог сохранить самосознание.

В последние годы ученые очень близко подошли к пониманию того, как мы осознаем свое тело. Вот как об этом рассказывает уже известный нам Карл Циммер.

«Когда мозг дает команду пошевелить рукой, он посылает два сигнала. Один направляется в области мозга, управляющие данной конечностью, а другой – в отдел, наблюдающий за выполнением действия…

Наш мозг использует второй сигнал для того, чтобы предсказать, какие ощущения возникнут в результате движения…

Коснувшись рукой дверной ручки, мы почувствуем холод латуни. Если то, что мы в действительности почувствовали, не совсем совпадет с ожидаемым, то мозг отметит несоответствие и заставит нас уделить больше внимания тому, что мы делаем, или скорректировать действия, чтобы добиться желаемого результата.

Но если реальное ощущение совершенно не совпадет с ожидаемым, то мозг интерпретирует такое расхождение как следствие вмешательства каких-то внешних сил, а не наших собственных действий…

Исследователи уверяли участников эксперимента, что их руку поднимают при помощи веревки, пропущенной через блок, и те сами поднимали руки. Однако их мозг реагировал так, как будто их руки поднимал кто-то другой, а не они.

Сходное нарушение самосознания может лежать в основе некоторых симптомов шизофрении. Например, иногда больные убеждены, что они не могут управлять своим собственным телом… Они протягивают руку и берут стакан, причем выполняют движение совершенно нормально. Однако они заявляют: “Это сделал не я. Аппарат управлял мной и заставил меня так поступить”.

Исследования подобных больных показывают, что причиной таких заблуждений может быть плохое прогнозирование мозгом результатов действий собственного организма. Поскольку их реальные ощущения не совпадают с ожидаемыми, у пациентов возникает чувство, будто ими управляет кто-то другой. Неправильные предсказания могут также быть причиной слуховых галлюцинаций, которыми страдают некоторые шизофреники. Будучи не в состоянии предугадать звучание собственного голоса, они думают, что он принадлежит кому-то еще».

С помощью той же томографии ученые также выяснили, что при упоминании о собственной персоне у человека «включается» участок коры, расположенный в продольной щели между полушариями прямо позади глаз. Его научное название – медиальная префронтальная кора.

Предполагается, что эта область мозга объединяет в единое целое ощущения человека и его воспоминания, создавая таким путем образ собственной личности, то есть самих себя.

Следует также отметить, что медиальная префронтальная кора является одной из зон коры, характерных для человеческого мозга. У людей она значительно масштабнее, чем у ближайших филогенетических родственников – приматов. Кроме того, в ней сконцентрировано большое количество нейронов, называемых клетками-веретенами. Пока их роль в механизмах самосознания неизвестна, но есть предположение, что они играют важную роль в обработке информации.

Вероятно, сеть структур, которая отвечает за самосознание, появилась в те далекие времена, когда древние люди жили небольшими группами, вместе добывали еду и делились ею между собой. А подобное поведение требовало сотрудничества и доверия друг другу. А значит, наличия сформированного самосознания, то есть собственного «Я».

«Я» НАД ПРАВЫМ ГЛАЗОМ

В продолжение разговора о самосознании человека не лишним будет и упоминание об открытии, которое в 2000 году сделали американские неврологи. В правой лобной доле мозга над правым глазом человека они обнаружили участок коры, который, по предположениям ученых, контролирует ощущение собственного «Я».

Эта зона была обнаружена в ходе обследования пациентов, страдавших редким генетическим заболеванием – временным лобным слабоумием. Одним из симптомов этой болезни являются резко выраженные отклонения в поведении таких людей.

Патологические изменения в правой лобной доле мозга человека

Проведенное магнитно-резонансное сканирование мозга позволило установить, что у всех больных наблюдались серьезные дегенеративные изменения правой лобной доли.

С другой стороны, у пациентов с нормальными поведенческими стереотипами поражения нервной ткани в соответствующей зоне неврологи не обнаружили.

Все эти данные могут свидетельствовать о том, что значительная часть нашего самосознания подконтрольна определенной области, которая находится в правой лобной доле мозга. И любые патологические изменения этой зоны самым непосредственным образом сказываются на характере человеческой личности.

Так, один из пациентов клиники до болезни придерживался очень строгих пуританских взглядов на личную жизнь и поведение в обществе. Однако когда в результате болезни правая височная доля его мозга подверглась патологическим изменениям, личность мужчины тоже претерпела значительную метаморфозу: он перестал верить в Бога и с юношеской страстью стал приударять за женщинами.

В другом случае жертвой болезни стала женщина с явно аристократическими претензиями: она носила изысканную одежду, пользовалась дорогими духами и любила французскую кухню. Но болезнь настолько изменила вкусы и пристрастия дамы, что она с удовольствием стала употреблять гамбургеры и без всякого стеснения носила спортивные костюмы.

Выходит, что вся наша жизнь с ее радостями и горестями, обидами и прощениями – это не более, как изменения в архитектуре мозга, нейронных связях, биохимических реакциях в сером веществе.

Это значит, что достаточно незначительного хирургического вмешательства в анатомию мозга – и в мире появляется совершенно новая личность со своими взглядами, убеждениями, привычками и пристрастиями.

СВЯТАЯ К МУЗЫКЕ ЛЮБОВЬ

Музыка – это, как известно, звуки, особым образом организованные во времени. В некотором приближении ими могут быть стрекотание цикад и кузнечиков, пение птиц и шорох листвы, шум прибоя и ровный звон капели…

И эти звуки сопровождали человека на всем протяжении его исторического развития.

И, естественно, они оказывали на человеческую психику, а значит, и на его мозг определенное воздействие. Например, грозный рокот прибоя – устрашающее, а веселое пение птиц, наоборот, – убаюкивающее и успокаивающее.

В своей индивидуальной жизни человек также постоянно находится в окружении звуков. Еще в самом начале своего пути, находясь в чреве матери, он уже слышит стук ее сердца, ритмичные вздохи. Потом, когда человек появляется на свет, звуки его буквально захлестывают. Причем среди них много ритмичных и мелодичных, или, иначе говоря, музыкальных.

И если сначала это были бессознательные реакции на окружающие звуки, то со временем человек попытался некоторые из них воспроизвести самостоятельно. Возможно, однажды он сложил трубочкой губы и выдохнул струйку воздуха. И раздался звук, похожий на пение лесной пичуги.

Прошли еще тысячелетия, и человек изобрел музыкальные инструменты. Ученые утверждают, что уже более 30 тысяч лет назад наши предки умели играть на флейте и арфе, изготовленных из подручных материалов – камня и костей.

Французский композитор Морис Равель в конце жизни разучился сочинять музыку

А потом были самые разные мелодии: песенные и танцевальные, гимны и марши, эстрада и тяжелый рок. И все эти формы музыкального искусства все глубже и глубже вклинивались в человеческую жизнь.

Таким образом, взаимосвязь музыки и человека имеет долгую историю. И, возможно, по этой причине его мозг определенным образом и отреагировал на эту звуковую среду, обретя врожденное чувство музыки.

Действительно, к источнику приятных звуков (консонансов) младенцы поворачиваются, а от неприятных (диссонансов) – отворачиваются.

Безусловно, исследователей давно интересовали те отделы мозга, которые несут ответственность за особое отношение человека к музыке.

И хотя в окончательном виде они не выявлены до сих пор, тем не менее в последние годы в этой проблеме появились существенные сдвиги: то есть ученые «нащупали» области мозга, в которых происходит переработка музыкальной информации. И, к их вящему удивлению, оказалось, что в головном мозге человека специализированного музыкального центра нет вообще. А в ее обработке задействованы многочисленные зоны, в том числе и те, которые параллельно участвуют и в других познавательных процессах. При этом их размеры коррелируют с индивидуальным опытом и музыкальной подготовкой человека.

Особенно любопытные сведения ученые получили из наблюдений за знаменитыми композиторами, у которых в результате травмы или инсульта произошли патологические изменения в коре головного мозга.

Так, в 1933 году у знаменитого французского композитора Мориса Равеля появились симптомы заболевания, которое сопровождается атрофией отдельных участков мозговой ткани. И хотя у композитора память на прошлые события практически не пострадала – он, например, помнил свои старые произведения и хорошо играл гаммы, – тем не менее сочинять музыку он не мог. Так, однажды, заведя разговор о своей предполагаемой опере «Жанна д'Арк», Равель с горечью произнес: «Опера у меня в голове, я слышу ее, но никогда не напишу Все кончено. Сочинять музыку я больше не в состоянии». Спустя четыре года Равель умер после неудачной операции на мозге.

Именно этот случай и стал решающим доводом в пользу гипотезы, согласно которой в головном мозге отсутствует специализированный центр музыки.

В целом же схема восприятия мозгом музыки ученым уже более-менее известна.

Вот как, например, описал ее известный американский нейробиолог Норман Уэйнбергер в статье «В чем секрет завораживающей власти музыки?».

«Когда мы слушаем музыку, головной мозг реагирует на нее активизацией нескольких областей за пределами слуховой коры, включая те, которые обычно участвуют в других формах мыслительной деятельности. На переработку музыкальной информации оказывает влияние зрительный, осязательный и эмоциональный опыт человека.

Достигающие человека звуки преобразуются структурами наружного и среднего уха в колебания жидкости во внутреннем ухе. Крошечная косточка среднего уха, стремечко, «сотрясает» улитку, изменяя давление заполняющей ее жидкости.

В свою очередь, вибрации базилярной мембраны улитки заставляют сенсорные рецепторы уха, волосковые клетки, генерировать электрические сигналы, направляющиеся по слуховому нерву в головной мозг. Каждая волосковая клетка настроена на определенную частоту колебаний жидкости.

Переработка головным мозгом музыки основана на иерархическом и пространственном принципах. Первичная слуховая кора, получающая входы от уха и (через таламус) низших слуховых центров, участвует в начальных процессах восприятия музыки, например, анализе высоты звука (частоты тона). Под влиянием опыта первичная слуховая кора может перенастраиваться. В ней увеличивается число клеток, обладающих максимальной реактивностью к важным для человека звукам и музыкальным тонам, что влияет на дальнейшую переработку музыкальной информации во вторичных слуховых областях коры и слуховых ассоциативных зонах, где происходит переработка более сложных музыкальных характеристик (гармонии, мелодии и ритма).

Когда музыкант играет на инструменте, активность моторной коры, мозжечка и других структур мозга, участвующих в планировании и осуществлении специфических, точно выверенных во времени движений, возрастает». (В мире науки. № 2, 2005).

Кроме того, как показали исследования, длительное обучение музыке не только усиливает реакции нервных клеток на мелодичные звуки, но даже вызывает физические изменения в мозге. Действительно, некоторые области мозга профессиональных музыкантов чрезвычайно развиты.

Например, когда они слушают игру на пианино, площадь слуховых зон, реагирующих на музыку, у них на 25 % больше, чем у обычных людей.

«Объем слуховой коры у музыкантов на 30 % больше, чем у людей, не имеющих отношения к музыке. Кроме того, у них значительная площадь мозга вовлечена в управление движениями пальцев, необходимыми для игры на различных инструментах, – продолжает Норман Уэйнбергер в уже известной нам статье. – В 1995 году Томас Элберт из Констанцского университета (Германия) сообщил, что площадь мозговых зон, получающих сенсорные ходы от указательного, среднего, безымянного пальцев и мизинца левой руки у скрипачей, была значительно больше, чем у немузыкантов (именно эти пальцы и совершают быстрые и сложные движения во время игры на инструменте).

С другой стороны, ученые не выявили никакого увеличения площади корковых зон, получающих входы от правой руки, в которой музыкант держит смычок и пальцы которой не совершают особых движений. И, наконец, в 2001 году было выявлено, что головной мозг трубачей генерирует ответы повышенной амплитуды только на звуки трубы, но не скрипки или фортепиано».

Влияет постоянное воздействие музыки не только на мозг профессиональных музыкантов. Оказывается, у детей, в чьих домах постоянно звучала музыка, выявлена повышенная активность слуховых областей мозга.

Более того, как показывают опыты, младенцы определяют различия между двумя близкими по звучанию тонами не хуже взрослых. Кроме того, малыши замечают изменения как темпа (скорость воспроизведения) музыки, так и ритма и тональности.

А теперь на время отвлечемся от мозга и перенесемся в мифологический мир Древней Греции.

«…Уже недалек был и остров сирен. Тогда я обратился к своим спутникам:

– Друзья! Сейчас должны мы проплыть мимо острова сирен. Своим пением завлекают они плывущих мимо моряков и предают их лютой смерти. Весь остров их усеян костями растерзанных ими людей. Я залеплю вам уши мягким воском, чтобы не слышали вы их пения и не погибли, меня же вы привяжите к мачте, позволила мне волшебница Кирка услышать пение сирен. Если я, очарованный их пением, буду просить вас отвязать меня, то вы еще крепче свяжите меня.

Только сказал я это, как вдруг стих попутный ветер. Товарищи мои спустили парус и сели на весла. Виден был уже остров сирен. Залепил я воском уши моим спутникам, а они так крепко привязали меня к мачте, что не мог я двинуть ни одним суставом. Быстро плыл наш корабль мимо острова, а с него неслось чарующее пение сирен.

– О, плыви к нам, великий Одиссей! – так пели сирены, – к нам направь свой корабль, чтобы насладиться нашим пением. Не проплывет мимо ни один моряк, не послушав нашего сладостного пения. Насладившись им, покидает он нас, узнав многое. Все знаем мы – и что претерпели по воле богов под Троей греки, и что делается на земле.

Очарованный их пением, я дал знак товарищам, чтобы отвязали они меня. Но, помня мои наставления, они еще крепче связали меня. Только тогда вынули воск из ушей мои спутники и отвязали меня от мачты, когда уже скрылся из наших глаз остров сирен». (Кун Н.А. Легенды и мифы Древней Греции. Мн., 1985).

Как явствует из этого отрывка, о влиянии мелодичных звуков на психику человека было известно уже давно. Поэтому исследователи изучают не только то, как мозг «перерабатывает» музыку, но и ее эмоциональное воздействие на людей. Так, было установлено, что у 80 % взрослых людей появляются физические реакции на музыкальные мелодии в виде мурашек, слез, смеха и т. д.

А когда исследователи провели сканирование головного мозга музыкантов, которые прослушивали любимые мелодии, то обнаружили, что звуки вызывали активизацию ряда тех же мозговых структур, которые активизируются под влиянием вкусной еды или занятий сексом.

ЗАГАДКИ ЗЕРКАЛЬНЫХ НЕЙРОНОВ

Иногда у человека, который со стороны наблюдает за чьими-то не совсем удачными манипуляциями предметами, появляется желание совершить те же самые действия самому. Причем это стремление носит не просто виртуальный характер. У стороннего наблюдателя и в самом деле напрягаются те самые мышцы, которые должны быть задействованы в той операции, которую он видит.

Впрочем, не только физическим действиям другого лица сопереживают те, кто наблюдает за ним со стороны. Они и впрямь нередко проникаются чужими эмоциями и настроением, страстями, чувствами и состояниями. И действительно, каждый может вспомнить, как при виде легко одетого человека в дождливую осеннюю погоду самого пробирала дрожь и тут же возникало желание побыстрее оказаться в теплой уютной квартире.

Собака может иногда проявить агрессию по отношению к человеку, который лишь только задумал сделать ей что-то плохое

И это стремление человека мысленно продублировать чью-то работу или ощущения давно интересует нейробиологов.

Оказалось, что за все эти явления отвечают особые структурные элементы коры головного мозга – так называемые «зеркальные нейроны», получившие свое название как раз за их способность дублировать внешние и внутренние состояния субъекта, находящегося в зрительном поле наблюдателя.

Впервые же эти нейроны еще в начале 1990-х годов обнаружили итальянские ученые, занимавшиеся исследованием одной из зон головного мозга макак, который отвечает за моторику. Нейробиологи ее знают как область «Ф5». В человеческом мозге ей соответствует зона Брока в левом полушарии, которая, как сегодня считают специалисты, связана с функционирование речевого аппарата и самой речью.

Так вот, эти нейроны проявляли активность не только тогда, когда мартышка сама выполняла то или иное действие, но и тогда, когда эти же действия проделывал экспериментатор, а обезьяна за ним наблюдала.

Если же предметы, с которыми требовалось совершить какую-то манипуляцию, просто лежали на земле и никто к ним не прикасался, нейроны в области «Ф5» ничем себя не проявляли. То есть зеркальные нейроны реагировали только тогда, когда с объектами производили определенные действия. И все эти действия они мысленно проецировали в своих структурах, словно в зеркале. Поэтому их и назвали «зеркальными нейронами».

Причем эти нейроны именно «повторяли» наблюдаемое действие, а не просто активизировались при его наблюдении. И это со всей очевидностью подтвердилось тогда, когда те же действия обезьяны проделали сами. В этой ситуации нейроны, проявившие активность, были теми же самыми, и характер выдаваемых ими сигналов.

Но в то же время зеркальные нейроны проявляли отчетливую избирательность. Заключалась она в том, что каждая их группа реагировала на некие конкретные действия, но оставалась «безмолвной» в отношении тех, которые чем-то отличались, причем даже совсем незначительно.

При таких «параллелях» в поведении «зеркальных» нейронов создавалось впечатление, что при их посредстве мозг обезьян проецировал на себя внешние проявления мозга экспериментатора, например, в физических действиях.

Скорее всего, подобные явления происходят и в мозгу собаки, когда она проявляет агрессивную реакцию по отношению к человеку, который лишь только задумал сделать ей нечто плохое, например, ударить палкой.

Объясняют этот феномен обычно тем, что собака видит те действия, которые у человека сначала были смоделированы в мозге, а затем едва заметно и абсолютно неосознанно проявились в изменившемся положении всех частей тела – ног, рук, корпуса.

И опять же: как собака осознает, что эти едва уловимые и практически незаметные изменения в общей структуре тела человека предвещают ей угрозу? Ученые считают, что, скорее всего, собачьи нейроны, увидев едва приметные угрожающие движения со стороны человека, мысленно моделируют свои действия, когда она сама нападает на жертву или на своего врага. То есть получается, что мозг собаки в каком-то смысле «читает» мысли человека.

В связи с открытием этой группы нейронов у исследователей появилось и объяснение одного довольно любопытного явления в этологии бабуинов. Дело в том, что самки этих обезьян нередко остаются безразличными к крикам своих заблудившихся в чаще леса, детенышей. В свете теории «зеркальных» нейронов объяснить это можно тем, что бабуины, не видя детенышей, не могут экстраполировать свое поведение в данной ситуации на поведение своих малышей. То есть они не понимают, что значат их крики…

Но если «читать» мозг могут обезьяны и собаки, то люди уж точно обладают такой способностью. По крайней мере, так считают специалисты.

Однако как этот процесс происходит, ученые пока ответить не могут. На эту проблему существует несколько точек зрения. Одни исследователи считают, что человеческий мозг, запоминая различные жизненные ситуации, обобщает их и впоследствии из этого накопленного ситуативного материала создает своего рода «модели» того, как будет действовать человек в тех или иных обстоятельствах. Иначе говоря, чего можно ждать от другого человека в соответствующей обстановке.

Согласно другой гипотезе, в этом «чтении» чужого мозга лежит довольно простой механизм: один человек ставит себя на место другого и мысленно моделирует то, что в данной ситуации должен делать или чувствовать этот другой.

Но предполагать можно многое, в частности, с «зеркальными» нейронами у человека. Вопрос только в том, есть ли они у людей? Оказалось, да, есть. И обнаружены они были с помощью методов прямой визуализации мозга в области Брока, которая, как известно, связана с речью. Она же соответствует зоне «Ф5» у обезьян.

Эти открытия позволили итальянским ученым предположить, что зеркальные нейроны и были тем главным фактором, который способствовал появлению речи у человека.

Возможно, на первом этапе коммуникационых отношений главная роль принадлежала жестам, как, например, у глухонемых. Наблюдая их у соплеменников, первобытный человек мысленно воспроизводил эти жесты с помощью зеркальных нейронов. Но иногда мысленные действия становились реальными: рука поднималась или опускалась, голова наклонялась вправо или влево. То есть происходило примитивное непроизвольное общение, которое давало возможность древнему человеку увидеть, что его поняли соседи по племени. А еще спустя какое-то время из таких жестов родилась речь.

Эти гипотетические предположения позволили итальянским ученым в своих теоретических рассуждениях пойти еще дальше. Они выдвинули версию, что зеркальные нейроны могут объяснить не только такие явления, как сочувствие или сострадание к другому человеку, но и «чтение» его чувств.

Изучение зеркальных нейронов может привести и к серьезным практическим результатам. Например, понять природу аутизма, когда человек лишен возможности идентифицировать себя с другими людьми, и ориентируется только на собственные переживания.

Специалисты считают, что у страдающих аутизмом недостает зеркальных нейронов, и поэтому они не могут моделировать умственные процессы других. Поэтому та модель поведения, которая превалирует в окружающем мире, для них недоступна.

Эту гипотезу подтвердили электроэнцефалограммы, взятые в ходе исследования десяти мужчин, страдающих разной степенью аутизма. Оказалось, что их зеркальные нейроны либо совсем «молчали», либо проявляли активность тогда, когда больные сами совершали какие-то действия.

ХРОНОМЕТР ОРГАНИЗМА

Людей не удивить теми периодическими явлениями, к которым они привыкли с самого детства. Год за годом одно и то же: вслед за утром наступает день, а за сумерками – ночь. Весна тянет за собой увеличение продолжительности дня, а осенью – его убывание. Да и в течение дня, хоть и незначительно, но все же меняются и температура воздуха, и атмосферное давление, и еще десятки параметров, которые даже при современных средствах контроля очень сложно проследить.

А чтобы выжить в такой неустойчивой среде, любой организм должен был каким-то образом подстроиться под эти внешние перемены. Вот практически у всех живых существ в процессе эволюции и появились соответствующие реакции на этот неустойчивый внешний фон. Одной из таких адаптаций и стали собственные биологические часы, или биологические ритмы.

В настоящее время у человека известно более 300 различных функций и процессов, которые находятся под контролем биологических часов. Так, в течение суток частота пульса подчиняется определенной периодике: к 9–10 часам она увеличивается, достигая к этому времени обычной для человека нормы, а затем к 13–14 часам уменьшается. С 16 до 18 часов пульс опять учащается, а в 22–23 часа – снова замедляется.

То же можно сказать и об артериальном давлении, максимальное значение которого приходится на 12–13 и 18 часов, а самые его низкие показатели бывают в утренние часы и в полночь, точнее, в 23–24 часа.

Оказалось, что и биохимические параметры крови также строго «ориентируются» на ход своих «внутренних часов». Например, максимальное содержание лейкоцитов наблюдается в 2, в 9, в 14, в 18 и 22 часа.

В соответствии с внутренними часами меняется и температура нашего тела: так, минимальна она рано утром и максимальна – во второй половине дня, точнее, в 18 часов. Причем разница между минимальными и максимальными показателями достигает одного градуса.

Кстати, при вирусных инфекциях температура тела чаще всего повышается в вечерние часы, а при бактериальных – в утренние.

Суточные вариации ярко проявляются в токсичности лекарственных препаратов и эффектах облучения, применяемого для поражения делящихся опухолевых клеток. В экспериментах с животными было установлено, что доза, при которой в одно время суток выживает до 80 процентов особей, в другое время практически для всех животных становится смертельной.

Французский спелеолог Мишель Сифр с целью изучения биоритмов человека провел более 200 суток в пещере, в полном одиночестве и темноте

Биоритмы человека исследуют в так называемых условиях «изоляции от времени», в которых испытуемый лишен какой-либо информации о времени извне. За последние несколько десятилетий проведено немало таких экспериментов. И сделан ряд любопытных выводов.

Французский спелеолог М. Сифр провел более 200 суток в пещере – в полном одиночестве и темноте. Несмотря на экстремальные условия и сильное эмоциональное напряжение, все это время у него сохранялся четкий ритм температуры тела, правда, его период был длиннее 24 часов. Аналогичные эксперименты были проведены в Германии. Испытуемые находились в бункере в условиях максимального комфорта. Но и в этом случае период ритма был больше 24 часов.

Следует отметить, что результаты 147 экспериментов показали, что независимо от степени физической нагрузки и особенностей питания температурный ритм даже в условиях изоляции в среднем равняется 25 часам.

Кстати, одна из характеристик внутреннего хронометра человека – его гибкость. Человек может сам запускать или же останавливать его, может даже вообще не обращать на него внимания. То есть биологические часы могут работать как вне сознания, так и под его контролем. Но точность его невысока: от 5 до 60 %.

Что же касается места пребывания циркадных часов, то ученым уже давно известно, что они находятся в двух кластерах по 10 000 нервных клеток, расположенных в гипоталамусе.

Опыты на животных показали, что именно эти центры, называемые супрахиазматическим ядром (СХЯ), управляют суточными изменениями кровяного давления, температуры тела, уровнем активности и внимания.

Ученые установили также, что специальные клетки в сетчатке глаза передают в СХЯ информацию об уровне освещенности. Но они, тем не менее, работают совершенно независимо от палочек и колбочек…

Оказывается, несколько десятилетий назад неврологи предположили, что в головном мозге существуют особые нейроны, которые контролируют течение времени и принимают участие в распределении воспоминаний в соответствии с их хронологической последовательностью.

Кроме того, согласно выдвинутой версии, эти нейроны должны были определять порядок выполнения действий человеком в будущем. Сама по себе эта гипотеза была достаточно привлекательна, так как достаточно хорошо вписывалась в существовавшее тогда представление о строении головного мозга. Но это была всего лишь гипотеза, которой, чтобы стать теорией, не хватало доказательств.

Их-то и получили ученые из Массачусетского технологического института, обнаружившие в мозгу приматов группу нейронов, которые контролируют временной поток.

Фактически любое действие или событие, которое человек совершил или о котором ему известно, получает особую «метку», фиксирующую тот момент, когда действие или событие было осуществлено.

В дальнейшем, когда возникает необходимость вспомнить ту или иную жизненную ситуацию, человек ориентируется на конкретную метку, которая как раз этот момент и воссоздает в памяти.

Для доказательства своей правоты ученые воспользовались двумя обезьянами, которые были обучены сидеть неподвижно и смотреть в одну точку до тех пор, пока не прозвучит особый сигнал, разрешающий им направлять взгляд в любую сторону.

Исследуя реакции головного мозга животных, ученые обнаружили в его коре такие зоны, в которых нейроны начинали отвечать на сигнал через определенное время: через 100 миллисекунд, 110 миллисекунд и так далее.

Эти «нейроны времени» находятся в префронтальной доле коры головного мозга – в так называемом полосатом теле (стриатуме), в котором сосредоточены структуры, отвечающие за способность к обучению, движению и умственному контролю.

Но так как почти все специализированные группы нейронов в человеческом мозгу многократно продублированы, ученые уверены, что участков, в которых сконцентрированы «нейроны времени», может оказаться гораздо больше.

А нейробиолог Питер Стрик из Питтсбургского университета даже посчитал, что обнаружен новый орган чувств – «орган времени».

«Мы имеем сенсорные рецепторы света, запаха, звука, прикосновения и вкуса. Однако рецептора времени у человека нет. Способность ощущать течение времени и ориентироваться в нем оказалась заложена непосредственно в наш мозг», – заявил ученый.

В ходе дальнейших исследований нейронов, контролирующих время, был установлен любопытный факт. Оказалось, что если на абсолютно здоровые «нейроны времени» воздействовать дофамином и серотонином, то это практически не оказывает влияния на их деятельность, но существенно улучшает работу нейронов, пораженных болезнью Паркинсона.

Ведь для того, чтобы человеческий организм нормально функционировал, необходимо, чтобы врожденные и приобретенные навыки совершались в строго определенной последовательности. Появление же в этой закономерности различных сбоев выливается в возникновение ряда нервных и психических заболеваний. Знание структур, которые отвечают за контроль времени, а также механизмов их функционирования, может помочь в лечении и других психических заболеваний. По крайней мере, такого мнения придерживаются многие неврологи.

ТАИНСТВЕННАЯ ГЛИЯ

Исследуя нейроны мозга Альберта Эйнштейна, известный американский гистолог Мэриан Даймонд установила, что как по количеству, так и по размерам они ничем не отличаются от тех, что формируют серое вещество обычных людей.

Зато в той области коры, которая отвечает за высшие формы мыслительной деятельности, исследовательница обнаружила значительно большее количество клеток нейроглии (глии), чем у среднестатистического человека.

Этот факт, конечно, можно было бы посчитать обычным совпадением. Однако современные и более полные исследования говорят о другом. Они показывают, что клетки глии играют куда более важную роль в функционировании мозга, чем считалось ранее.

Аведь до последнего времени в изучении структур и функций мозга основное внимание акцентировалось на исследовании нейронов, хотя их, как известно, в 9 раз меньше, чем клеток глии. Раньше считалось, что эти клетки выполняют лишь чисто «технические» функции: способствуют перемещению питательных веществ из кровеносных сосудов в нейроны, поддерживают в мозге оптимальный баланс ионов, нейтрализуют патогенные бактерии и т. д.