Мозг и его потребности. От питания до признания Дубынин Вячеслав
Членистоногие, например бабочки, часто настроены на определенный вид пищи. Будучи гусеницей, бабочка запоминает вкус и запах того растения, которое ест. Когда гусеница становится бабочкой, она старается отложить яйца на такое же растение. Получается, что бабочка идентифицируют свою пищу по памяти и что уже у бабочек существует своеобразный аналог культурной передачи информации.
У рыб все тело покрыто вкусовыми рецепторами. У рыб-хищников рефлекс схватывания добычи очень ярко выражен. Например, щука реагирует на зрительный образ жертвы, прекрасно детектирует движение и рассчитывает траекторию броска. Щука кидается с полуметра на свою жертву, она подплывает, подплывает, а потом бросается. Она ест все, что шевелится в воде. Если поместить в одну банку щучку и несколько других рыбок, то через небольшой отрезок времени в банке останется только щучка. И часто хвост последней рыбки, не поместившейся в желудок, будет торчать у нее изо рта. Щучка ничего не может с собой поделать, потому что нападение и глотание – ее важнейшая врожденная программа.
У нас почти все вкусовые рецепторы собраны в ротовой полости (часть из них детектируется еще и по ходу желудочно-кишечного тракта). Человеческий детеныш врожденно очень мало что знает про свою еду. Визуально молоко не идентифицируется, но на вкус определяется как что-то сладковатое и белковое. У младенца работают тактильные рецепторы вокруг губ и вкусовая система. А дальше запускается сосательный рефлекс. Замечательные пухлые младенческие щеки – это на самом деле мышцы, которые нужны для того, чтобы высасывать молоко – прекрасный источник энергии и питательных веществ – из материнской груди. У младенцев этот рефлекс работает надежно и к всеобщей радости.
Рефлексы – очень интересная сфера, и, если идти по этапам эволюции (филогенезу), говорить о червях, моллюсках, членистоногих, разнообразных позвоночных, можно подобрать сотни примеров рефлекторного пищевого поведения.
Рефлексы являются самым «поверхностным» и легко наблюдаемым уровнем деятельности нервной системы.
Но более сложные проявления пищевого поведения, конечно, связаны с внутренним состоянием мозга. Уже в XVII веке величайший французский ученый и мыслитель Рене Декарт, который первым описал рефлекторный принцип работы мозга, отмечал, что поведение человека – это не одни рефлексы. Если копнуть чуть глубже, обнаруживается круг явлений, попадающих в сферу работы центров потребностей, активируемых эндогенно (изнутри организма).
Наличие запускающего внешнего стимула в такой ситуации оказывается даже не обязательным. Мы можем убрать сенсорное звено, оставить только вставочные нейроны (интернейроны), которые, собственно, и принимают решение о запуске разных реакций. Потребность возникает тогда, когда внутри мозга нарастает некое состояние, например чувство голода.
Одно дело – вы увидели конфету и тут же запихнули ее в рот (это рефлекс, причем возникший в ходе обучения). Другое дело, когда внутри организма происходит активация потребности, и кора больших полушарий начинает снизу, из гипоталамуса, получать сигналы типа: «Мне есть хочется, я голоден». В какой-то момент эта потребность завладевает поведением, и мы начинаем искать кусок хлеба насущного. Причем активация центра потребности зависит от гормонального фона и сигналов от внутренних органов. Часть процессов активации тоже вписывается в понятие рефлекторных дуг. Например, сигналы от пустого желудка можно воспринимать как подобного рода сенсорные стимулы, которые рефлекторно усиливают пищевое поведение. Запуск действия изнутри организма (сигналами от системы внутренней чувствительности) – очень характерный компонент работы центров многих потребностей.
Кратко охарактеризованная в первой главе классификация П. В. Симонова включает примерно два десятка разных потребностей. А наш мозг – это арена конкуренции поведенческих программ, соответствующих этим потребностям. В каждый момент времени они выясняют, какая из них главная. Если вы пошли на лекцию, то, наверное, любопытство у вас в тот момент являлось главным (по крайней мере, на это всегда надеется лектор), но в какой-то момент вам захочется есть, спать или в туалет, и тогда начнут проявлять себя другие потребности.
Конкуренция потребностей – дело обычное. Понятно, что пищевое поведение выигрывает конкуренцию, когда очень хочется есть. Но, когда уже все съедено, оказывается, что свобода тоже значима и что золотая клетка с массой вкусненького уже не радует…
Как уже упоминалось, центры разных потребностей в мозге каждого из нас установлены с разной яркостью. Это зависит от ДНК родителей, от различных пренатальных событий, эпигенетики, гормонов и т. д., и все это является основой нашей личности и проявлений темперамента.
Кто-то более свободолюбив, для кого-то очень важно быть лидером, кто-то более любопытен. В итоге возникает некое уникальное сочетание разных потребностей, уникальный сложный баланс двух десятков базовых программ, во многом являющийся основой нашей личности. От этого сочетания зависит не только темперамент, но и способность к обучению, адаптации к окружающей среде.
Центр пищевой потребности, центр голода
Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ: «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в эволюционно довольно новых зонах (например, нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны).
Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда всем и всегда абсолютно необходима. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы существовать не могут. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода. Эти центры как минимум усиливают двигательную активность. Например, червяку стало голодно, и он начинает более активно ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.
В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней части промежуточного мозга, а точнее, в его средней части (серый бугор гипоталамуса) (рис. 2.1).
Второй значимой для пищевого поведения зоной является структура, которая называется миндалина, по-латыни amygdala. Эта парная структура относится к базальным ганглиям и находится в височных долях больших полушарий, в их глубине. Взаимодействие этих мозговых структур направляет многие потребности, в том числе пищевую.
В случае пищевого поведения, пищевой потребности первую скрипку играет гипоталамус, а миндалина играет роль контролирующего и подтормаживающего центра.
Рис. 2.1. Схема поперечного среза через головной мозг человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)
Что активирует поведенческие программы, связанные с пищевой потребностью?
Прежде всего это сенсорные сигналы из внешней и внутренней среды. В случае пищевой потребности, голода это запах пищи, вид пищи, сигналы от пустого желудка, концентрация глюкозы в крови. Существует большой набор сигналов, активирующих пищевое поведение. Какие-то из них врожденно заданы, большинство – результат обучения. Примером могут служить «приобретенные программы», например любимая марка мороженого или логотип известной фирмы, продающей фастфуд.
Гормональный фон: существует несколько ключевых гормонов, которые связаны с голодом и питанием.
Гены, наследственность: особенность, перешедшая от родителей. Кто-то врожденно более склонен к активному поеданию пищи и перееданию, кто-то менее.
Индивидуальная история. Этот процесс подразделяется на две фазы: пренатальную и постнатальную. К пренатальной относится то, что случилось, когда вы еще были в животе у мамы. Именно во время эмбрионального развития формируется масса врожденных нейросетей. В итоге то, как себя ощущала мама во время беременности, какой у нее был уровень стресса, болела или не болела она инфекционными заболеваниями и т. д., оказывается очень важным фактором. Постнатальная фаза – это то, что случилось уже после вашего рождения.
Психогенетические исследования, которые начались еще в XIX веке со сравнения монозиготных и дизиготных близнецов, для очень многих характеристик нашей личности (в том числе связанных со сферами потребностей и темперамента) дают весьма однотипную картину:
примерно на 50 % их проявления зависят от генов;
на 25 % – от пренатального развития;
на 25 % – следствие постнатальных событий.
Получается, что в нас столько всего закладывается генетически и пренатально, что потом изменить, скорректировать это воспитанием, влиянием общества бывает крайне непросто. При каких-то не очень значимых событиях мы легко подчиняемся окружающей среде, воле начальников и добрых советчиков. Но если наступают серьезные испытания, если нас ставят в сложное положение, то тут из нас того и гляди «полезет» истинная сущность. Этот сюжет очень любят литераторы и кинематографисты, которые в своих произведениях так и норовят загнать людей в экстремальную ситуацию и показать, какие они «на самом деле».
Если вернуться к пищевой потребности, то, например, известно, что, если мама плохо питается во время беременности, ребенок потом будет склонен к перееданию.
Он еще не родился, но уже в курсе: «Еда в этом мире – большой дефицит…»
Весьма актуальная область связана с кесаревым сечением. Изучают, в частности, вредно кесарево сечение или не очень и как оно сказывается на дальнейшем поведении ребенка. Существует много разных мнений по этому поводу. Например, солидный американский журнал[7] в 2016 году опубликовал статью о связи кесарева сечения и риском ожирения во взрослом возрасте. Утверждается, что если ребенок появился на свет при помощи кесарева сечения, то в него не попадает нужный набор бактерий, которые дальше должны способствовать работе кишечника. В итоге из-за того, что у ребенка не такая как надо микробиота (термин, обозначающий содержимое толстого кишечника), он будет с большей вероятностью склонен к перееданию и набору веса. Дети, появившиеся на свет при помощи кесарева сечения, на 64 % чаще страдали ожирением, чем их братья и сестры, рожденные классическим способом.
Отсюда мораль: не надо бояться кесарева сечения, но нужно использовать микробиоту матери. Исходя из теории «вагинального посева» (с которой, впрочем, не все согласны[8]), ребенку надо нанести смазку с соответствующей части тела матери на лицо или губы. Сейчас, кстати, микробиота – популярнейший объект исследования, и анализ того, что живет в кишечнике успешных людей, гениев, выдающихся музыкантов, всех интересует. Хотя на самом деле еще в XIX веке практиковалась технология, когда больные из высшего общества получали клизмы с микробиотой «совершенно здоровых крестьян».
Вернемся к гипоталамусу, который состоит из примерно 80 отдельных групп ядер с разными задачами. Гипоталамус в этом смысле – очень сложная по устройству структура. В других областях мозга, например в таламусе, который находится чуть выше гипоталамуса, между ядрами с разными функциями имеются прослойки аксонов («белое вещество»), и это четко видно на срезах. В гипоталамусе же одно ядро незаметно переходит в другое, границы ядер анатомически неочевидны и определяются лишь при оценке функций нейронов. Гипоталамус требуется еще изучать и изучать, тем более что добираться до его центров тяжело, так как вживлять электроды надо очень глубоко в мозг (и очень точно).
Напомним, что:
средняя часть гипоталамуса в большей степени связана с голодом и жаждой;
передняя – с половым и родительским поведением;
задняя – с проявлениями страха и агрессии.
Действительно, если мы рассмотрим среднюю зону гипоталамуса, то обнаружим здесь не просто нейроны, связанные с голодом, но две конкурирующие области. Одну можно условно обозначить как собственно центр голода, другую – как центр пищевого насыщения, и они постоянно подтормаживают друг друга.
Надо отметить, что системы с взаимным торможением двух центров довольно часто встречаются в мозге, они позволяют поддерживать стабильность внутреннего состояния (гомеостаз). Если какой-то из блоков мозга вдруг начинает избыточно активироваться, его конкурент и оппонент говорит: «Потише, поспокойнее». В итоге равновесное состояние удерживается гораздо надежнее, чем если бы не было такой системы с отрицательными обратными связями.
Подобного рода контуры существуют и на уровне небольших нейросетей, и на уровне взаимодействия макроструктур (центры сна и бодрствования, положительных и отрицательных эмоций, сгибания и разгибания конечностей). И для победы одного из центров (например, центра голода) нужны серьезные дополнительные сигналы.
Если таких дополнительных сигналов нет, мы спокойны и голод н испытываем, центры насыщения (вентро-медиальный гипоталамус) временно побеждают. Но если появились сигналы о том, что в крови мало глюкозы и падает концентрация инсулина, если пустой желудок сообщает: «Мои стенки слишком сжались!» – тогда активируется латеральное ядро гипоталамуса, в наибольшей степени связанное с голодом, и пищевая потребность начинает побеждать. Чем дольше длится это состояние, тем больше уровень возбуждения, тем активнее гипоталамус «стучится» в кору больших полушарий и требует изменений поведения. Далее мы имеем дело с очень индивидуальной ситуацией: для кого-то эти сигналы совершенно невыносимы, сразу возникают негативные эмоции, а кто-то может терпеливо ждать времени обеда или ужина.
Важнейшим показателем в данной истории является концентрация глюкозы в крови. В идеале она составляет около 0,1 %. Эта цифра важна прежде всего для мозга, для работы всех нервных клеток. Дело в том, что наши нейроны, во-первых, очень много потребляют глюкозы. Мозг – самая активная часть организма, и, как уже упоминалось, она «ест» больше всего энергии. Во-вторых, нейроны совершенно не умеют запасать глюкозу. Скажем, мышечные клетки способны создавать запасы глюкозы, и в случае, когда мы давно не ели, эти запасы они используют. А нервные клетки этого не умеют. Они все время, каждую секунду берут глюкозу из крови. Поэтому, если концентрация глюкозы в крови будет отличаться от 0,1 %, пойдет вниз или вверх, скажем, на четверть или треть – мозгу это серьезно не понравится.
Если будет слишком мало глюкозы, можно упасть в голодный обморок. Если будет слишком много глюкозы, нервная система перевозбудится, и это может вызвать ее болезненное состояние.
Как известно, содержание глюкозы в крови регулируется инсулином. Когда мы едим, концентрация глюкозы в плазме начинает расти, поджелудочная железа это замечает и выделяет инсулин. Все клетки начинают быстро усваивать глюкозу. В итоге ее концентрация не должна подняться намного выше «правильного» уровня 0,1 %.
А если мы давно не ели, то концентрация падает ниже 0,1 %. В этом случае есть дополнительные механизмы стабилизации. Например, печень начинает выбрасывать свой запас глюкозы (она там хранится в форме полимера гликогена). Причем на фоне понижения концентрации глюкозы в крови инсулин вообще перестает выделяться. Отсутствие инсулина в крови – сигнал всем клеткам организма не трогать глюкозу. То есть мышцы, почки, кожа без инсулина глюкозу не берут. Без инсулина глюкозу имеет право брать только мозг. Нервные клетки продолжают глюкозу потреблять, но концентрация ее в крови все-таки падает. Вот тут-то и срабатывает центр голода.
Если концентрация глюкозы в крови оказывается заметно меньше 0,1 %, мы начинаем на субъективном уровне чувствовать голод, и чем ниже падает концентрация, тем сильнее чувство голода. Возникает настоятельная пищевая потребность, сигналы гипоталамуса становятся все «громче», и даже очень разумное существо, занятое самыми возвышенными размышлениями, скорее всего, бросит эти размышления и пойдет к холодильнику или в магазин. Потому что это важно, потому что без глюкозы мозг быстро перейдет в плохое функциональное состояние.
Итак, снижение концентрации глюкозы в крови подтормаживает центры насыщения и активирует центр голода; повышение концентрации глюкозы и инсулина в крови тормозит центр голода и активирует центр насыщения.
Очень важным фактором (помимо химического состава крови) являются сигналы от пустого желудка. Пустота в желудке означает, что стенки его не растянуты. В желудке есть специальные нервные волокна, которые на это реагируют, и сигнал по ним уходит в центр голода.
Поэтому всем известный рецепт: если вы хотите есть, а есть нечего или вы героически сидите на диете, – чтобы заглушить чувство голода, надо попить.
Причем лучше пить не газированную воду, а обычную, потому что пузырьки тоже возбуждают стенку желудка, а это вам ни к чему. Если вы выпьете стакан воды, может быть, это поможет на несколько минут. Не поможет – выпейте еще один стакан воды, но в конце концов все равно придется съесть хотя бы яблоко или морковку, для того чтобы заполнить пустоту в желудке и «удовлетворить» те вкусовые рецепторы, которые находятся непосредственно в его стенках.
Существуют специальные приемы, когда хирурги отрезают часть желудка особо тучному человеку. Или хотя бы устанавливают на желудок кольцо, которое не дает ему слишком растягиваться, и человек действительно начинает меньше есть.
Еще один вариант обмана рецепторов желудка: съесть некую псевдопищу, например таблетки из целлюлозы, которые, по сути, представляют собой кусочки прессованной туалетной бумаги. Человек глотает эту таблетку, она внутри разбухает, как памперс, и желудок чувствует: «Я что-то съел». При этом сигнал от желудка становится слабее. В принципе, это может помочь некоторым людям контролировать свой процесс питания.
Сейчас даже предлагается вживлять в тело специальные электроды, которые подавляют электрические сигналы, идущие от желудка к мозгу, чтобы за счет таких специальных хирургических имплантационных техник, сдерживать ощущение голода.
Если с центром голода или с центром насыщения что-то случается, то пищевое поведение животного или человека радикально меняется.
Классические эксперименты еще в середине прошлого века проведены на кошках. Некоторым из них разрушали центр голода, а другим – центр насыщения. Если разрушить латеральный гипоталамус, центр голода, то сигналов о дефиците пищи вообще не возникает. И кошка просто не хочет есть, становится дистрофичной, поскольку у нее не запускаются программы пищевого поведения. А животные с разрушенным центром насыщения будут есть, пока влезает (и пока переполненный желудок не начнет подавать болевые сигналы), и все равно останутся голодными…
Иногда недоношенные дети рождаются с такой дисфункцией гипоталамуса, когда они не хотят есть и не плачут от голода. Мама сначала радуется: «О, какой тихий и спокойный достался!» – а потом, естественно, начинает тревожиться. В этом случае надо просто кормить младенца по часам и не забывать делать это регулярно. К счастью, сосательный рефлекс в любом случае срабатывает, даже если выключен центр голода («аппетит приходит во время еды»). Как правило, через два-три месяца гипоталамус созревает, и блок пищевого поведения начинает работать нормально.
Еще один вариант нарушений наблюдается, когда у взрослого человека происходит микроинсульт в центре голода. Микроинсульты и вообще инсульты – это события, которые выключают какие-то области мозга. Инсульты бывают разными. Например, когда тромбируется сосуд, какая-то часть мозга перестает получать кислород и выключается – это более легкий вариант, называемый «ишемический инсульт». Хуже – геморрагический инсульт, когда сосуд лопается, и кровь, вытекая, повреждает окрестные нервные клетки. Для нейронов кровь – ядовитая жидкость (в ней много белков со свойствами пищеварительных ферментов). Даже порвавшийся микрососуд может вызвать довольно заметное изменение поведения, в частности выключение чувства голода. И наоборот: если микроинсульт случится в зоне, связанной с пищевым насыщением, – вентромедиальном ядре, тогда человек или животное все время будут ощущать сильнейший голод, у них возникнет патологический аппетит и набор веса.
Если человек весит 150–200 кг, это можно списать на фастфуд, обильное неправильное питание, плохие привычки, нарушение обмена веществ. Но когда кто-то весит 300–400 и более килограммов – это, конечно, уже проблемы с гипоталамусом. Такие люди постоянно ужасно голодны, и им очень тяжело живется. Широко известна история мексиканца Мануэля Урибе, у которого до 20 лет было нормальное пищевое поведение, но затем он стал ощущать постоянный жуткий голод. Анализ показал, что у него случился микроинсульт в вентромедиальном гипоталамусе, и дальше он только и делал, что ел, набрав вес почти в 600 кг.
Если немного серьезнее посмотреть на баланс голода и насыщения, то оказывается, что, помимо так называемых фазических факторов, есть еще и тонические.
Фазическими называют сигналы, которые действуют здесь и сейчас, и они уже через минуту-две могут выключиться. Они обусловлены концентрацией глюкозы в крови и сигналами от пустого желудка. Тонические факторы определяют баланс голода и насыщения в течение дней, недель, месяцев.
Главнейшими тоническими факторами являются гормоны. Наиболее известен из них лептин – гормон, который выделяется нашей жировой тканью. Именно с лептином связывают глобальный баланс энергии в нашем организме. Баланс того, что называют анаболизмом и катаболизмом (рис. 2.2).
Анаболизм – это процессы синтеза органических веществ, которые в итоге приводят к росту организма и набору массы. Необязательно это жир, это могут быть, например, мускулы. Недаром есть спортивные допинги, так называемые анаболические стероиды, которые позволяют быстро наращивать мышечную массу.
Рис. 2.2. Основные факторы, влияющие на центр голода и энергетический баланс организма. На рисунке не показано воздействие на процессы катаболизма гормонов стресса, половых гормонов, тироксинов
Катаболизм – это процессы распада органических веществ, которые приводят к потере массы и энергии. Кстати, греческая приставка «ката» означает движение вниз. Например, «катаклизм» дословно переводится как падающий сверху вниз поток воды, который все очищает. В этом смысле наводнение или цунами – это катаклизм, а вот землетрясение или извержение вулкана – нет.
Во всяком случае, катаболизм отвечает за снижение, потерю массы тела. Получается, что с катаболизмом связаны центры насыщения (а еще – состояние стресса и высокая двигательная активность), а с анаболизмом, напротив, центры голода и «экономии сил».
Клетки жировой ткани, вырабатывающие лептин, называются адипоциты. Адипоциты находятся прежде всего в подкожной жировой клетчатке, они выполняют важную функцию – запасают липидные молекулы. Сама по себе идея – запасти жир – в целом хорошая, поскольку, когда наши предки эволюционировали, еды вечно не хватало. Поэтому, если пища появлялась, ее надо было съесть. Было правильно, что она в организме запасается. А потом, в плохие времена, эти запасы будут обязательно использованы.
К счастью, человек не относится к категории медведей или сурков, которые каждую осень становятся в несколько раз тяжелее, а потом во время зимней спячки вес сбрасывают. У нас такого механизма нет, мы как потомки тропических обезьян активны круглый год, и какого-то сезонного, явного набора массы не происходит. Но тем не менее небольшое количество жира необходимо.
Например, если женский организм становится совсем худым, то даже овуляции останавливаются. Без нормальных лептиновых сигналов яичники перестают вырабатывать яйцеклетки, потому что половая система «понимает»: такой тощий организм все равно не сможет выносить ребенка.
В норме каждая клеточка жировой ткани выделяет лептин. Получается, что общая концентрация лептина в крови – это информация о том, сколько есть запасов в организме. Поскольку мы произошли от обезьян-древолазов, слишком большая масса тела для нас – это нехорошо. Толстая обезьяна рано или поздно сломает ветку, упадет и разобьется.
Именно лептиновый сигнал тормозит центры голода, а лептин служит основным ограничивающим фактором, который глобально («тонически») следит за нашим весом.
Если вы начинаете толстеть, то в норме лептиновый сигнал ограничивает ваш аппетит, и вес останавливается на какой-то разумной цифре.
Проблема в том, что лептин – белковый гормон, а белки – это большие, крупные молекулы, которые с трудом проходят в мозг. Между нашей кровью и мозгом существует специальный клеточный барьер. Он называется гемато-энцефалический барьер, сокращенно ГЭБ. Этот барьер служит для того, чтобы ненужные вещества из крови в мозг не проникали. Различные мелкие молекулы в кровь в основном попадают из пищи; белковые молекулы являются результатом деятельности печени, эндокринных желез. Если бы все эти вещества преодолевали ГЭБ, то деятельность нервных клеток слишком легко бы нарушалась. Поэтому в мозг проходят (а точнее, транспортируются, активно переносятся) избранные соединения. Глюкоза, конечно, хорошо проходит, она главный источник энергии. Белок лептин с трудом проникает в мозг, для этого имеется специальная транспортная система. С возрастом лептин преодолевает ГЭБ все хуже и хуже. Соответственно, сигнал адипоцитов не достигает гипоталамуса, и люди после 40 лет часто начинают набирать вес. Вывод: важно всегда быть осознанными потребителями пищи, особенно с возрастом.
Если мозг генетически не чувствителен к лептину, а такое бывает, то голод силен прямо с рождения. Существуют дети, у которых нет реакции на лептин, они с младенчества начинают катастрофически толстеть, и уже в восемь-десять лет могут достичь массы 100 и более килограммов. Существует идея использования лептина в качестве препарата, лекарства для контроля веса. Но, поскольку это белок, эффекта добиться весьма сложно. Даже если лептин вводить внутривенно, совсем немного этого вещества дойдет до мозга. А лептин в виде таблеток будет просто разрушен в желудке и кишечнике и в кровь даже не проникнет.
Помимо лептина, за последние десять лет открыт целый ряд других гормонов, регулирующих баланс центров насыщения и центров голода. Можно отметить грелин – молекулу, которая выделяется пустым желудком. Оказалось, что пустой желудок не только передает по нервам электрические сигналы в центр голода, он еще и выделяет гормональный фактор.
Грелин усиливает чувство голода, и с ним сейчас работают не менее активно, чем с лептином, поскольку если мы сумеем снизить концентрацию грелина в крови, то понизим общий уровень голода.
Возможно, ученым удастся разработать вакцину, которая позволит подавить грелиновый сигнал.
Грелин, нейропептид Y, меланокортины, орексин – все эти гормоны очень «нежно» и аккуратно работают внутри гипоталамуса, регулируя баланс насыщения и голода. Это пока еще малоизученная область физиологии мозга и физиологии питания.
Впрочем, на потребление пищи и чувство голода влияют и самые обычные, всем известные гормоны. Например, гормоны щитовидной железы – тироксины. Щитовидная железа выделяет важнейшую группу гормонов, которые регулируют общую интенсивность обмена веществ в организме. То, сколько каждая конкретная клетка потребляет глюкозы, насколько активно «сжигает» ее и получает энергию, зависит от тироксинов. Чем их больше, тем интенсивнее сгорает пища. Человек, у которого щитовидная железа работает мощно, худой, поджарый и все время хочет есть. Такой человек может съедать хоть 15 гамбургеров в день и, скорее всего, не потолстеет. У него все уходит в тепло и движения. Правда, слишком много тироксина тоже нехорошо, потому что возбуждение организма доходит до степени, когда могут возникнуть нервозность, гипертония, бессонница. Поэтому все хорошо меру. Но в принципе избыток тироксина – это не очень страшная беда.
Хуже, когда щитовидная железа работает плохо и в организме мало тироксинов. Вот тогда человек вялый, выглядит одутловато. Несмотря на то что он не очень много ест, почти вся пища откладывается про запас. И на уровне психических процессов недостаток тироксина провоцирует вялость, депрессивные состояния. Недаром эндокринологи говорят, что не менее половины случаев депрессии начинаются с того, что у человека плохо работает щитовидная железа.
Вывод: если жизнь перестала вас радовать, то сначала надо пойти к эндокринологу, а уже потом к психотерапевту. Может быть, достаточно просто попить таблетки с тироксинами. Тироксины, в отличие от лептина, представляют собой маленькие, прочные молекулы, которые прекрасно проходят из кишечника в кровь, и далее – через ГЭБ в мозг.
Адреналин и кортикостероиды (прежде всего кортизол) – это гормоны надпочечников. Они всегда есть в организме на фоновом, нормальном уровне. Кортикостероиды больше связаны со стрессом, во время которого их выделяется очень много. Но, в принципе, чем больше их в крови, тем организм активнее сжигает энергию.
Еще помогают сжигать питательные вещества половые гормоны, а также гормон роста. Все они работают на то, чтобы лишняя энергия не накапливалась, и это помогает контролировать вес.
Усложняет ситуацию то, что существуют суточные и сезонные ритмы выделения гормонов, а значит, чувства голода. У кого-то сильный голод может возникнуть посреди ночи. У женщин дополнительно имеются месячные ритмы потребления пищи. Но сложнее всего разобраться с потреблением пищи во время беременности и кормления грудью.
Что мы едим? Макрокомпоненты питания
Все знают, что, пища состоит из жиров, белков и углеводов. Давайте посмотрим на них с точки зрения мозга.
Углеводы – это молекулы – источники энергии, тот «бензин», на котором работает каждая наша клетка и организм в целом. Главный углевод – глюкоза, вещество, которое растения синтезируют в процессе фотосинтеза. А дальше мы как животные отнимаем этот углевод у растений, съедаем его, и каждая наша клеточка получает энергию. Когда мы едим что-либо сладкое, то получаем глюкозу или похожую на нее фруктозу в чистом виде; но чаще мы потребляем полимер глюкозы крахмал.
Растения предпочитают запасать глюкозу именно в виде крахмала, поэтому очень многие компоненты пищи являются крахмалосодержащими. Суточная доза углеводов – 200–300 граммов при умеренной физической нагрузке. Если у вас совсем плохо с физической нагрузкой и вы целый день сидите за компьютером, то потребность в углеводах может быть еще меньше. А если, наоборот, у человека большая нагрузка, например он копает ямы целыми днями, то у него может быть потребность в углеводах до 500 граммов в сутки.
Примерно 300–400 граммов глюкозы хранятся в печени и мышцах. То есть примерно двухсуточный запас глюкозы мы носим с собой. Поэтому, если вы вдруг решите похудеть и уже целые сутки героически ничего не едите, не надейтесь: до запасов жира ваш организм еще не доберется. Он будет расходовать запас глюкозы. Жир идет в дело только на 3–4 сутки.
Жиры, или липиды – это тоже энергия, а также строительный материал. В сутки человеку нужно примерно 60–80 граммов жиров, 80 граммов – при высокой нагрузке, 60 граммов – при умеренной. А если физическая нагрузка совсем маленькая, то цифру можно дальше уменьшать. Помимо того, что жиры – это энергия, они еще и строительный материал. Из углеводов мы почти ничего не строим, а из жиров строим мембраны всех клеток. С точки зрения этой функции гораздо большую ценность имеют растительные жиры. Они как строительный материал нам существенно лучше подходят, это более гибкие молекулы. А животные жиры – это прежде всего энергия.
Поэтому выбор между сливочным маслом и подсолнечным достаточно очевиден в пользу подсолнечного масла, которое состоит из более подвижных, гибких молекул. Именно из них можно собрать гибкие клеточные мембраны. Это необходимо, потому что любое наше движение связано с деформацией клеток, а значит, мембраны должны быть гибкими, эластичными.
Белки. Их взрослому человеку нужно примерно от 60 до 80 граммов в сутки.
Белки, как известно, состоят из аминокислот. Двадцать типов аминокислот входят в состав каждого белка. Примерно половину из них мы не умеем синтезировать сами и должны получать с пищей. Кстати, мы не умеем делать и молекулы, похожие на растительные жиры. Подобные компоненты пищи, которые наши клетки не умеют сами синтезировать, называют незаменимыми. Это отдельная тема, она немного обидная, поскольку мы считаем себя венцом эволюции, а на самом деле десятки веществ не умеем сами вырабатывать, а просто должны съедать. Дрожжи, например, или кишечная палочка все нужные им вещества умеют синтезировать.
Дело в том, что животные по ходу эволюции действительно потеряли множество ферментных систем, которые создают, например, витамин А или часть аминокислот, просто потому, что это имеется в пище и настоятельной потребности в синтезе данных молекул не было. Все, что нужно, можно было съесть. Если какой-нибудь вариант синтеза терялся, это проходило незаметно. Но с развитием цивилизации, когда пища во многом стала искусственной, это стало очень заметно, человечество вплотную столкнулось с авитаминозами и т. п.
Диетологи теперь говорят: «Есть белки полноценные и неполноценные». Неполноценные белки все 20 аминокислот в правильной пропорции не содержат, а полноценные – содержат. Полноценные – это те белки, которые имеют прежде всего животное происхождение. Приближаются к ним по качеству белки бобовых. А вот злаки уже не очень полноценные: их белки нужно есть с избытком, чтобы «набрать» достаточно каждой из аминокислот. Однако избыток белков в пище также не полезен, поскольку выделяется много азотсодержащих отходов их распада.
Зачем мы едим? Распознавание вкуса пищи
Питание позволяет решить две задачи: получить энергию и строительные материалы для синтеза новых клеток, для возобновления и ремонта уже имеющихся. Энергия – это прежде всего глюкоза. Поэтому в ходе эволюции возникли специальные чувствительные белки-рецепторы – настроенные на глюкозу и сходные с ней молекулы. Эти белки появляются уже у одноклеточных (у инфузорий, например). У рыб они распределены по всей поверхности тела; у сухопутных позвоночных находятся в первую очередь на языке.
Сладкий вкус – это сигнал о том, что в пище есть глюкоза или похожие на нее вещества. А раз есть глюкоза, значит, есть энергия, и это хорошо.
В итоге наш мозг так врожденно сконфигурирован, что появление глюкозы в пище вызывает не только запуск пищевых рефлексов на уровне продолговатого мозга и моста, но и положительные эмоции на уровне гипоталамуса и базальных ганглиев.
Сигнал от вкусовых центров продолговатого мозга и моста поднимается в гипоталамус, таламус и далее – в островковую кору больших полушарий (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Уровни передачи вкусовой информации: А – вкусовые рецепторы языка; Б – вкусовые центры ствола головного мозга (продолговатый мозг и мост; таламус и гипоталамус); В – вкусовой центр коры больших полушарий (островковая доля); показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда)
На рисунке показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда).
Выделяют четыре классических вкуса: кислый, сладкий, горький, соленый. Каждый из них говорит о том, что в пище есть какие-то полезные вещества или, наоборот, слишком много каких-то вредных веществ.
Но четыре вкуса – это далеко не все. Мы знаем и о существовании других вариантов вкуса, в частности реакции на глутамат. Или, как говорят еще, на белковый вкус.
На самом деле про белковый вкус человечество знает уже больше века, но почему-то до сих пор этот факт часто преподносят как некую научную новинку.
Глутамат – основная часть молекулы глутаминовой кислоты, которая в числе 20 других аминокислот составляет белки. Именно глутамата больше всего в любом белке. Появление вкуса глутамата в пище означает, что мы едим белок, а это значит, что едим «строительные материалы». Белки у нас используются в основном для того, чтобы строить свой собственный организм. Получается, что глутамат – это хорошо.
Поэтому появление глутамата в пище тоже вызывает положительные эмоции, нравится нам, и мы ищем и предпочитаем такую еду.
Глутамат уже более 100 лет используют в качестве пищевой добавки. Почему-то он иногда называется «усилитель вкуса». Но никакой он не усилитель, он сам по себе источник мощного глутаматного (белкового) вкуса. Глутаматом богаты сыр, мясо, грибы; много глутамата в морской капусте, соевом соусе. Все эти продукты украшают нашу жизнь, делают блюда более вкусными. Глутамат можно просто купить в больших супермаркетах в чистом виде. Если посыпать им любую еду, она действительно станет для нас вкуснее. Например, посыпали вареную капусту – и уже вкус у нее такой, как будто капусту в мясном бульоне сварили, а это приятно.
Когда кто-то нападает на применение глутамата, называет его очередной «белой смертью», тут, как правило, палка перегибается. Потому что глутамат, глутаминовая кислота, – это вещество, которое содержится в самых обычных белках. В сутки с обычной едой мы получаем 5–10 граммов глутамата. Поэтому, если вы добавили в блюдо еще 2–3 грамма, никакого вреда от этого не будет.
Однако в больших количествах это вещество может вызывать определенные проблемы. По иронии судьбы глутамат, глутаминовая кислота, – одновременно главный возбуждающий медиатор нашего мозга. Не менее половины нейронов (а в коре больших полушарий, по некоторым оценкам, до 80 %) передают сигналы за счет выделения в синапсах глутамата. Поэтому, когда глутамат определили как медиатор, некоторые исследователи очень долго не могли, не хотели в это верить. Как может вещество, которое мы едим ежедневно в таких больших количествах, вдруг выполнять в мозге столь тончайшую и важнейшую функцию? Но оказалось, что это так. Данная проблема решается за счет того, что упомянутый гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) очень плохо пропускает глутамат. Получается, что тот глутамат, который мы съели, и тот, который в мозге, – это разные глутаматы. Химически это, конечно, одна и та же молекула, но проход через ГЭБ для пищевого глутамата обычно закрыт.
Тем не менее, если вы одномоментно съели 5, а то и 10 граммов глутамата, какие-то его количества в мозг могут проникать и действовать возбуждающе. Переедание обогащенной глутаматом пищи может привести к сердцебиению, повышению давления крови, всплескам эмоций. Вывод: не надо переедать глутамат. Это явление диетологи и медики в свое время назвали «синдром китайского ресторана», поскольку в восточных – японской, китайской – кухнях действительно очень много используется соевого соуса и других подобных приправ, серьезно обогащенных глутаматом. И если, например, у человека и без того гипертония, ему в такие рестораны нужно ходить с большой осторожностью. С другой стороны, в строго контролируемых экспериментах эффекты пищевого глутамата, как правило, не обнаруживаются. Так что вопрос остается открытым (как в случае других пищевых аминокислот, обладающих потенциальной нейротропной активностью, – глицина, триптофана, тирозина). Горький вкус – зачем он вообще нужен? Когда мы ощущаем во рту что-то неприятное, то, как правило, сразу, выплевываем эту еду. Откуда этот рефлекс, зачем он нужен? Оказывается, определенные клетки на языке, которые чувствительны к горькому вкусу (а их больше всего на корне языка, в самой глубинной части ротовой полости), эти клетки реагируют на так называемые растительные алкалоиды. Горький вкус вызывают растительные токсины – молекулы, которые растения в ходе эволюции придумали для того, чтобы защищаться от травоядных. Это, по сути, яды разной степени тяжести.
Растения защищаются токсинами от травоядных животных. А травоядным нужно эти токсины различать, чтобы не отравиться. Поэтому и появились рецепторы горького вкуса (у человека их 43 типа), которые реагируют на появление токсинов. И они, соответственно, останавливают жевание, глотание и заставляют нас выплевывать еду, если у нее неприятный горький вкус.
Конечно, чуть-чуть горького порой украшает вкус блюда, делает его более интересным. Например, многие любят кофе без сахара или горький тоник. Но много горького вкуса никто не выдержит, это будет очень сильный «удар» по центрам отрицательных эмоций. Кто не пробовал, может сорвать листик алоэ и пожевать его хотя бы 5 секунд. Гарантирую, что этот опыт вы запомните на всю оставшуюся жизнь, потому что такая сильная горечь впечатляет и запоминается.
Еще один ключевой вкус – это вкус NaCl.
Концентрация поваренной соли в крови – очень важный показатель. Натрий нужен для нормальной работы сердца и нервных клеток.
Судя по всему, наши предки, тропические обезьяны, жили в условиях постоянного дефицита натрия. Калия, еще одного важнейшего минерального элемента, в растительной пище много, и его дефицит не возникает. Натрия же в «изначальной» еде человечества было маловато, а он организму нужен. Поэтому частью вкусовой системы стали рецепторы, реагирующие на соленое и позволяющие эффективно находить источники натрия. В итоге слегка подсоленная еда для нас приятнее, чем совсем без соли.
Конечно, избыток NaCl нарушает обменные процессы, и поэтому пересол – плохо. Но в меру соленая пища – хорошо. Поэтому называть NaCl «белой смертью» – явное преувеличение, и в сутки для нормальной работы организма нам нужно 5–7 граммов поваренной соли.
Еще, конечно, нам нужна вода. Не очень давно обнаружили, что у нас на языке есть специальные водяные – аквапориновые рецепторы. Оказалось, что это молекулы, которые родственны молекулам, работающим у нас в почках и помогающим формировать мочу. Эта система водного обмена связана и с языком, и с ощущением того, что мы пьем воду.
Главным «управителем» этого процесса также является гипоталамус. В средней зоне гипоталамуса рядом с центрами голода и пищевого насыщения находится центр жажды, который постоянно измеряет концентрацию NaCl в крови.
Если для глюкозы идеал – это 0,1 %, то для NaCl – 0,7–0,8 %. Соответственно, если соли слишком много, мы ощущаем жажду, надо попить воды. А если соли слишком мало, то нам хочется съесть чего-нибудь солененького. Вкусовые предпочтения меняются в зависимости от обстоятельств. Сигналы из гипоталамуса (в форме гормона вазопрессина) уходят к почкам, которые меняют концентрацию мочи, для того чтобы стабилизировать содержание NaCl в организме.
Одно из последних открытий в области физиологии вкуса – обнаружение рецепторов жирного. Их нашли сначала у белой крысы, а в 2015 году – у человека. Да, жирная пища вкуснее, чем нежирная. Жиры не только источник энергии, но и важнейший строительный материал для формирования мембран наших клеток; и «правильные» растительные жиры с гибкими молекулами не могут заменить ни углеводы с белками, ни даже жиры животного происхождения.
Итак, на языке есть специальные небольшие возвышения, которые называются вкусовыми сосочками. В состав сосочков входят вкусовые почки – скопления клеток, чувствительных к разным типам вкуса. Помимо горького, кислого, соленого, сладкого, мы знаем о существовании белкового вкуса и о реакции на воду. Недавно открыты также «жирные» рецепторы.
Сигнал от языка, от ротовой полости передается сначала в продолговатый мозг и мост. Здесь находятся центры, связанные с врожденным восприятием вкуса и запуском реакций жевания, глотания, слюноотделения, выплевывания. После продолговатого мозга и моста вкусовая чувствительность через таламус, который является главным информационным фильтром головного мозга, передается в кору больших полушарий. Центры вкуса находятся у нас, напомним, в островковой доле. Там на дне боковой борозды расположены нейроны, воспринимающие вкусовые сигналы (см. рис. 2.3, В).
Но то, что мы называем «целостным восприятием вкуса», на самом деле не только вкусовые сигналы. Сюда же нужно добавить обонятельную информацию и кожную чувствительность.
Целостное вкусовое восприятие – это соединение трех потоков сигналов: собственно вкуса, запаха (когда у нас насморк, пища становится почти безвкусной) и кожной чувствительности (температура еды и ее консистенция – сухое или мокрое, вязкое, размер комочков и др.).
К этому добавляется целый ряд ощущений, которые мы традиционно считаем вкусовыми, но на самом деле они кожные. Это ощущения, связанные с пряностями и с ментолом. На самом деле ощущения от перца, горчицы, корицы, ванили, ментолового холодка относятся к кожной чувствительности. Это легко проверить. Например, перцовый пластырь или горчичник, приклеенный на спину, тоже жжется, хоть и не так сильно, как на языке. Встречаются ментоловые шампуни – нанесешь такой шампунь на голову, и голове становится холодно, так там много ментола. Это примеры кожной чувствительности.
Важнейшую роль в процессах вкусовой чувствительности, как уже неоднократно упоминалось, играет гипоталамус. Особенно когда мы говорим о потребностях и эмоциях, об эмоциональном восприятии пищи.
В гипоталамус поступает сигнал о том, едим мы хорошую или плохую пищу. В результате генерируются положительные эмоциональные сигналы, позитивный эмоциональный фон, который подталкивает кору больших полушарий запоминать, что мы сделали, чтобы так удачно поесть. И наоборот: у нас возникает отрицательная эмоция, если мы съели что-то не то. Тогда кора больших полушарий запоминает, чего в дальнейшем делать не стоит и какой продукт лучше не есть.
Память об отравлениях у нас крайне прочная. Вы могли в два-три года чем-то отравиться и уже давно об этом не помните, и даже ваши родители об этом забыли, а ваш гипоталамус и кора больших полушарий помнят. И вам почему-то до сих пор не нравится, например, рыба, или помидоры, или еще что-то. Так что если вы не любите какой-то тип пищи, то это часто бессознательная (подсознательная) память о каких-то детских отравлениях. Либо это какая-то (скорее всего, уже бывшая) пищевая аллергия, когда ваша иммунная система на помидоры или рыбу реагировала как на вторжение инфекционных агентов и возникали воспаления. Диатез у детей, который порой приобретает совершенно катастрофические формы, связан именно с этим.
Встречаются и более тяжелые варианты пищевой патологии, например целиакия, но это специальная тема.
Пища как источник положительных эмоций
Пища – это самый надежный источник положительных эмоций. И эти эмоции настолько приятны, что мы порой предпочитаем их всем остальным.
Хороший кусок еды в надлежащее время с гарантией вызовет у вас положительные эмоции, и это замечательно! Несмотря на все сложности жизни, бутерброд нас всегда выручит. Это в числе прочего крайне важно с точки зрения глобального баланса между центрами положительных и отрицательных эмоций.
Иными словами, у нас в гипоталамусе и базальных ганглиях находятся нейроны, которые генерируют положительные эмоции по самым разным поводам. Одни и те же нейроны могут возбуждаться и когда вы хорошо поели, и когда избежали какой-то опасности, или узнали что-то новое, или вас поцеловала любимая девушка. В этих случаях почти всегда одни и те же нейроны работают.
Также существуют нейроны, которые работают как генераторы негативных эмоций. Нормальная деятельность мозга, как уже было сказано, это постоянный баланс между центрами положительных и отрицательных эмоций. Потому что, если будет слишком много отрицательных, возникает состояние, называемое депрессией (жизнь не радует). Слишком много положительных тоже нехорошо: существо в эйфории, весело бегающее где попало и не обращающее внимания на опасности, тоже долго не проживет. Должен быть какой-то оптимальный баланс. Положительные эмоции от еды вносят очень серьезный вклад в этот баланс.
Если человек плохо ест: недоедает, еда у него невкусная или он на диете, то этот баланс может нарушаться, и тут недалеко до депрессии. Поэтому, пожалуйста, будьте аккуратнее с диетическими экспериментами.
Проблема депрессии – всеобщая проблема. Из всех вариантов нарушений деятельности психики именно депрессии наблюдаются чаще всего. Главная опасность депрессии, конечно, состоит в том, что человек может дойти до суицида – состояния, когда жизнь кажется такой отвратительной, что проще ее прекратить.
Некоторые люди решают проблему депрессии просто: идут к холодильнику и начинают есть. Можно, конечно, пойти к психотерапевту, можно принимать антидепрессанты, а можно много и вкусно есть. Но в этом случае, конечно, надо следить за весом. По большому счету, различные диеты и рекомендации, такие как: не есть после шести вечера, или есть сегодня только зеленое, а завтра – только оранжевое, или что-нибудь еще – они все разработаны для того, чтобы человек меньше ел.
Всемирно известная балерина Майя Плисецкая хорошо ответила на вопрос, как ей удается сохранять стройную фигуру: «Сижу не жрамши». Это самая простая и понятная диета! Все ухищрения, которые предлагают диетологи, связаны с тем, чтобы съесть за единицу времени меньше калорий.
А конечный результат – похудеете вы или нет – будет зависеть от двух очень простых вещей: сколько энергии вы ввели в организм и сколько потратили.
Даже если организм питается только капустой, но при этом очень мало двигается, все равно он будет толстеть и накапливать жир. Надо обязательно двигаться.
Несколько лет назад я был в гостях у своих друзей во Флориде. Мы посетили реку, где зимуют ламантины. Они похожи на тюленей, но тюлени – хищники, а это травоядные животные, морские коровы. Ламантины едят только траву и при этом очень медленно двигаются. Они очень толстые и больше всего похожи на огромные кожаные диваны (в длину вырастают до 6 м). Главный вывод, который я вынес из наблюдения за ламантинами: даже если живое существо ест одну капусту, но мало двигается, оно все равно растолстеет. Поэтому движение, конечно, очень важно.
В тяжелых случаях при депрессиях используют антидепрессанты, которые возбуждают центры, генерирующие положительные эмоции. В этих центрах в качестве медиаторов работают норадреналин, дофамин, серотонин. Работу центра голода, а также баланс положительных и отрицательных эмоций регулируют и другие молекулы, например кофеин, никотин.
Как кофеин, так и никотин обладают действием, которое снижает ощущение голода. С этой точки зрения эффекты курения более коварны. Набор веса, после того как человек бросил курить (и вводить в организм никотин), происходит практически обязательно, потому что центры голода становятся более активированными. Показано, что у нас на центрах голода есть чувствительные молекулы, которые реагируют на никотин. Человек, который бросил курить, в среднем прибавляет 3–4 кг, так как никотин ранее подавлял его аппетит.
Препараты-антидепрессанты в основном активируют системы норадреналина, дофамина, серотонина. Но оказалось, что антидепрессанты заодно еще и подавляют активность центра голода; легкие антидепрессанты способствуют похуданию. При их приеме некоторым становится легче переносить ощущение голода и постоянной пустоты в желудке. Но такие лекарства отпускаются только по рецептам. И это хорошо, так как вещества с антидепрессантным действием – серьезные препараты, которые основательно влияют на мозг, и, для того чтобы похудеть, их использовать не рекомендуется.
Для нас еда является настолько важным компонентом жизни и источником положительных эмоций, что попытки ограничить питание – реальный путь к депрессии.
Именно поэтому манипуляции с едой используются в экспериментах на животных, для того чтобы моделировать депрессию. А моделировать депрессию на животных нужно, чтобы искать новые антидепрессанты, придумывать все более эффективные лекарственные препараты. Перед тем как антидепрессанты пойдут в клинику, они испытываются на экспериментальных животных, это обязательное условие.
Весьма просто создать у животных депрессию за счет различных манипуляций с питанием. Например, лабораторным крысам вначале дается много сладкой и жирной еды. Более половины крыс при свободном доступе к такой пище «срываются», начинают есть ее с избытком и толстеют. Если теперь отнять у крыс эту еду, у них начнется реальная депрессия.
Как можно эту депрессию обнаружить? Существуют стандартные поведенческие тесты, которые показывают, что крыса стала более депрессивной. Один из них – так называемое принудительное плавание, когда животное помещают в емкость с водой и дальше смотрят, как оно себя ведет. Нормальная, активная крыса, с активной жизненной позицией будет активно плавать, пытаться выбраться из воды. Депрессивная крыса вяло повисает в воде: «Жизнь не удалась…» Она, конечно, не тонет, потому что крысы легкие существа, но явных попыток выбраться из емкости с водой не происходит. И мы понимаем: у нее депрессия. Если антидепрессант, который вы разрабатываете, действует, то депрессивные крысы, которым его дали, начнут бодро плавать и к ним вернется «активная жизненная позиция».
Итак, самый главный медиатор, который отвечает за положительные эмоции, – это дофамин. На дофаминовых нейронах сходятся самые разные виды удовольствия: от еды, от безопасности, от новизны, от контакта с противоположным полом, от того, что вы погладили маленького ребенка по голове. Дофаминовые нейроны собирают все подобные сигналы, и, если их синапсы работают неправильно, возникает масса проблем. Избыточная активность дофаминовой системы в коре больших полушарий, например, это предпосылка шизофрении.
Если же дофаминовая система врожденно (из-за индивидуальных генетических особенностей) плохо работает, то такой мозг не добирает положительных эмоций, и такие люди склонны к депрессии, к тому, чтобы объедаться и набирать лишний вес. Эти же люди более склонны к алкоголизму, наркомании, другим типам зависимостей.
Когда в мозге нарушен правильный баланс между положительными и отрицательными эмоциями, люди, сами того не осознавая, пытаются восстановить его за счет того, что больше едят, или постоянно играют в компьютерные игры, или употребляют наркотики.
В случае когда человек попадает в серьезную наркотическую зависимость и ощущает мощное удовольствие от наркотика, он часто вообще забывает о еде. Так, все героино- и морфинозависимые пациенты очень худые, истощенные, и у них много проблем с кишечником.
Когда мы едим что-нибудь сладкое, или слегка подсоленное, или белковое, то в гипоталамусе по врожденно заданным механизмам возникают положительные эмоции. Дальше эти положительные эмоции – сигналы об удовольствии за счет выделения прежде всего дофамина – поднимаются в кору больших полушарий. На этом фоне те нейроны коры, которые обеспечили правильное пищевое поведение, прочнее запоминают только что реализованные программы. То есть мозг сохраняет информацию о том, каким образом он получил вкусный кусочек пищи.
От исходного поведения, основанного на каких-то врожденных нейронных дугах, мы постепенно переходим к выученному пищевому поведению – учимся добывать еду. Этот процесс можно наблюдать у ребенка с первых же дней жизни.
Один из первых навыков, формирующихся у младенца, – поиск источника молока, когда его еще только подносят к груди. Очень быстро сосательный рефлекс возникает не на прикосновение к губам, а чуть раньше – в ситуации, когда его просто взяли на руки. Потому что мозг новорожденного уже в возрасте двух недель в курсе: «Сейчас будут кормить». Позже ребенок выясняет, как выглядят бутылочка с молоком и каша, и то, что кашу едят ложкой, и как управлять этой ложкой, чтобы попало в рот, а не размазалось по лицу, и т. д.
В какой-то момент мы узнаем, как выглядят популярные бренды и логотипы еды. Например, «Макдоналдс». Как-то мне одна студентка рассказала: «Я себя поймала, как павловская собака, на пищевом условном рефлексе. Я внезапно застала свой мозг за таким занятием: стою посреди улицы, мои глаза смотрят на большую букву М, а во рту – слюна». Даже если центры мышления заняты чем-то возвышенным, в это время другие отделы мозга так и норовят запустить пищевое поведение. Вы вообще можете прийти в себя только в тот момент, когда уже расплачиваетесь за гамбургер.
Возьмем для примера обучения успешному пищевому поведению виноградную улитку, которая учится находить пищу. Молодая улитка вначале пользуется только врожденными программами. Она просто ползет и все пробует. И если у какой-то ягодки или листика хороший вкус и запах, то она их ест. В результате нейросети улитки формируют ассоциацию между запахом и вкусом пищи. Опытная улитка, почувствовав запах еды, из этой точки пространства уже не уползет, будет целенаправленно искать пищу и, скорее всего, найдет ее.
Вот зачем нужно учиться: какие-то сигналы, которые раньше не запускали поведение, теперь его запускают. Эти сигналы мозг запоминает на фоне положительных эмоций.
Примерно так же ведет себя маленький ребенок. Все, кому приходилось иметь дело с младенцами, видели, что, когда они ползают, они все себе в рот засовывают. Идет постоянная «дегустация» окружающего мира и поиск возможной пищи. И в тот момент, когда вкусовые рецепторы говорят: «О, сладенькое!» или «О, белковое!» – начинается поедание. В этот момент к врожденным пищевым программам присоединяется обучение. Ведь любая еда – это не только вкус, но и запах и внешний вид (зрительные сигналы). Иногда даже звуковые сигналы (например, слова: «молоко», «каша»). Все это запоминается и оказывается очень полезным для более успешной реализации пищевого поведения и удовлетворения пищевой потребности.
Когда специалисты по рекламе пытаются сделать, чтобы потребители выбирали и покупали ту или иную еду, они, по сути, формируют у нас условные рефлексы (как у собаки академика Павлова). Соответственно, основная задача рекламы – создать положительные эмоции. Самый простой способ рекламы пищевой продукции – просто показать довольного жующего человека и то, что он ест. Мы видим, что ему вкусно, зеркальные нейроны у нас работают, включается подражание. Когда на картинке человек с наслаждением кусает, жует, хрустит чем-то съедобным, со стороны это классно выглядит, и слюна у всех зрителей течет. Значит, картинка запомнилась.
Более эффективный и изящный вариант рекламы – когда к пищевой потребности добавляют какую-нибудь еще. Например, к рекламе конфеты с названием «Ну-ка, отними!» добавлено оборонительное поведение. На картинке показано, что кто-то защищает свои вкусные конфеты. Когда потребитель видит картинку, на которой девочка не дает конфетку собаке, он понимает, что это означает: «Конфеты такие вкусные, что я их не отдам даже этому милому песику».
Дополнительный эмоциональный всплеск вызывает запоминание образа продукта и, соответственно, повышает вероятность его покупки.
Так что не всегда потребности конкурируют друг с другом, можно сделать так, чтобы одна программа помогала другой. Самые «продвинутые» маркетинговые ходы объединяют разные потребности, и те, которые помельче, работают на некую главную программу. Классика усиления любой рекламы – это новизна. Например, когда нам не просто показывают прекрасный и свежий йогурт, а говорят: «новый йогурт», «новый вкус». Получается, что исследовательское поведение в данном случае не будет конкурировать с пищевым, а наоборот, вольет в него дополнительную энергию. А если поедание нового йогурта идет в кругу счастливой семьи, тут положительных эмоций оказывается еще больше… И все это для того, чтобы, как писал И. П. Павлов, «исходно незначимый стимул стал значимым».
Любая потребность, в том числе пищевая, может быть основой вдохновения художников, поэтов, писателей. И стать объектом искусства.
Так, на картинах Франса Снейдерса, фламандского живописца, мастера натюрмортов и анималистических композиций, все настолько правдоподобно нарисовано, что зоологи приходят в восторг от его произведений. Они смотрят, например, на картину «Рыбная лавка» и делают вывод: «Вот какие тюлени водились у берегов Европы в XVII веке!» Настолько точно этот и подобные художники все рисовали, что генетики используют подобные картины для сопоставления с современными, уже изрядно промутировавшими или измененными селекцией цветами, собаками или канарейками.
Ныне здравствующий английский рекламный фотограф Карл Уорнер создал новый жанр фотоискусства под названием «Фудскейп». Он составляет необычные пейзажи из продуктов: берет большой стол и выкладывает на него слои всяческих продуктов, создавая композиции. Дальше находит уникальную точку и снимает, например, морской пейзаж. Филе лососей, окунь, сельдь, макрель, устрицы и мидии, омары и моллюски, морская капуста и овощи служат материалом для создания картины. Очень впечатляюще выглядит! Кстати, основная цель творчества Карла Уорнера – это пропаганда здорового питания.
Недавно появилось еще одно интересное направление, которое называется «молекулярная кулинария». Желающим предлагают стать исследователями в мире продуктов. Берутся обычные продукты и обрабатываются с помощью методов биохимии и молекулярной биологии. При этом продукты экстрагируют, выпаривают, замораживают, поливают жидким азотом и получают что-то совершенно невообразимое, но съедобное. Дорого, интересно, радует нашу вкусовую систему.
И еще одна новинка, которая, как мне кажется, обязательно станет популярной, – пищевые 3D-принтеры, печатающие то, что захотел или придумал заказчик. Только вместо разноцветных чернил в них заряжены ингредиенты, из которых вы хотите составить свое пирожное или бифштекс.
Александр Сергеевич Пушкин, как известно, весьма любил поесть и хорошо разбирался в кулинарии. В «Евгении Онегине», например, воспеваются трюфели как «роскошь юных лет». Или в «Письме Соболевскому» он советует другу:
- У Гальяни иль Кольони
- Закажи себе в Твери
- С пармазаном макарони,
- Да яишницу свари…
Пища – это прекрасно, но у нашего пищевого поведения есть и «темная сторона» – обжорство и чревоугодие. В произведениях Иеронима Босха чревоугодие показано как один из смертных грехов. Данте Алигьери поместил обжор в третий круг ада. Из этого очевидный вывод: в питании надо опасаться крайностей.
Голод – это тот хлыст, который подстегивает нас, не давая сидеть на месте. Если голод не ощущается, то и не поймешь, что пора искать еду. Голод – базовая потребность, и она досталась нам в наследие с незапамятных времен, когда действительно нужно было бороться за каждую калорию. Соответственно, у нас нет какой-то явной ограничивающей питание физиологической системы. В наличии скорее система текущего контроля: как не съесть что-нибудь ненужное, вредное. Тут работает вкусовой анализатор, и ему на помощь приходят центры положительных эмоций, которые учат нас все более эффективно получать пищу. Пока мы в детском возрасте, нам помогают родители, а потом уже самим приходится добывать «хлеб насущный». А затем – не только для себя, но и для собственных отпрысков. По мере взросления мы должны становиться все более искусными добытчиками пропитания, а это возможно только при обучении. Обучение же эффективно, если присутствуют положительные эмоции.
В современном мире, когда еда есть рядом зачастую в неограниченном количестве (в развитых, конечно, странах), мы попадаем в плен к положительным эмоциям и легко начинаем переедать, есть слишком много. Во-первых, просто потому, что вкусно и удовольствие гарантировано. В-вторых, при стрессе или депрессии переедание почти естественно используется для компенсации негативных эмоций. В итоге за собственным питанием нужен глаз да глаз. Если у вас проблемы с весом, то обязательно надо следить за потребляемыми калориями.
Пока что нет таблетки, которая взяла бы и выключила центр голода. И если кто-то такую таблетку обещает вам дать, то она, скорее всего, обладает наркотикоподобным действием, действует на дофаминовую или никотиновую системы и вызывает привыкание, зависимость.
Просто так переложить заботу о нашем весе на фармакологов не получится. И борьба как за калории, так и против них остается ежедневной задачей каждого человека.
Глава 3. Мозг и любопытство
Что такое любопытство?
Любопытство – одна из самых главных программ, вставленных в человеческий мозг. Мы действительно очень любопытны, и для нашего мозга новая информация – это отдельный источник положительных эмоций. Разберем, в каких формах проявляется любопытство и какие нервные структуры при этом работают.
Любопытство – потребность в новой информации плюс проявление этой потребности на поведенческом уровне.
Как любое поведение, реакции, связанные с любопытством, сбором новой информации, могут протекать как рефлекторный ответ на внешние стимулы либо запускаться изнутри организма. Во втором случае мы говорим о явном проявлении потребности.
С рефлексами (реакциями на стимулы) все достаточно просто: это самый легко изучаемый тип поведения. Когда появился какой-то стимул, например кто-то крикнул или чихнул, мы поворачиваем голову, чтобы посмотреть, в чем дело. Или кто-то прикоснулся к нашему плечу, и мы смотрим, кто это. Во врожденных рефлекторных дугах нейроны, отвечающие за подобные действия, соединены по неким генетически заданным принципам. Это кодируется на уровне ДНК, никакого особого обучения не нужно.
Более сложная и эволюционно продвинутая ситуация – когда поведение запускается изнутри мозга. Именно в этом случае мы говорим о нарастании потребности. Потребность способна вызвать реакцию, в том числе поиск новой информации, даже при отсутствии внешних стимулов.
Потребность в новизне может возникать, когда мозг почему-то решил, что не хватает информации, чтобы, например, удовлетворить пищевую потребность или половую потребность. Вот тогда поиск новой информации, новых сигналов и, шире, новых возможностей будет предварительным этапом для удовлетворения потребностей, связанных с выживанием, размножением, питанием и тому подобное. Получается, что в нервной системе возникает некое внутреннее состояние, которое и запускает поведение, направленное на поиск новых стимулов. Такое поведение мы называем проявлением любопытства.
Потребности часто конкурируют, поскольку поведение в каждый момент времени целесообразнее направлять на удовлетворение одной из них.
Скажем, любопытно, но страшно или любопытно, но лень. Реже две потребности работают в одном направлении, например выбор новой еды или нового партнера для размножения (эффект Кулиджа[[9] ]).
Если вспомнить классификацию потребностей по А. Маслоу, то потребность знать, понимать и исследовать находится на самой ее вершине. Эта потребность относится к тому, что Маслоу назвал духовными потребностями личности, что, конечно, очень лестно для поведения, связанного с любопытством. Но надо знать, что многие реакции, связанные со сбором новой информации, появляются в эволюции очень рано.
По классификации академика П. В. Симонова потребности делятся на три группы: витальные, зоосоциальные и саморазвития. Каждая потребность базируется на деятельности определенных мозговых центров. Уже рассмотренное пищевое поведение, например, относится к витальным программам.
Исследовательские программы, когда сбор новой информации производится как бы впрок, явно направлены в будущее. П. В. Симонов отнес их к потребностям саморазвития.
Например, когда ребенок впервые видит лягушку, он проявляет явное любопытство. Для него лягушка – не пищевой объект, и он ее, как правило, не боится, но зато ему очень интересно!
В случае программ саморазвития мозг реализует реакции как бы наперед, и биологический смысл любопытства состоит в формировании более точной картины мира, более успешном прогнозировании событий и, благодаря этому, в реализации более адаптированного к внешней среде поведения.
Исследовательское поведение – очень яркий пример программ саморазвития. Действительно, в тот момент, когда мы собираем новую информацию, мы еще не знаем, пригодится она нам, не пригодится и для чего пригодится. Но сам по себе сбор новой информации – это хорошо, интересно и важно, и мы испытываем положительные эмоции. Биологически это означает, что чем больше знаний об окружающем мире имеет мозг, тем адекватней и точнее его поведение. Поэтому различные программы, связанные со сбором новой информации, появляются в эволюции очень рано и далее усложняются вплоть до самых «возвышенных» вариантов, которые свойственны только человеческому мозгу.
Типы исследовательского поведения
Программы, связанные с любопытством у животных, можно разделить на три уровня.
Первый уровень (самый древний) обеспечивает ориентировочный рефлекс. Ориентировочный рефлекс – врожденная программа, которую описал еще И. П. Павлов и назвал рефлексом «что такое?». Это любопытство в его самой простой форме. Нейронные сети, обеспечивающие ориентировочный рефлекс, находятся в среднем мозге.
Второй уровень – поисковое поведение. Это активное поведение в условиях неопределенности, когда организм исследует новую территорию для того, чтобы решить некую проблему. Например, в аудиторию входит опоздавший человек и ищет, где можно присесть. Его поведение подчиняется данным программам, он смотрит во все стороны и движется к свободному месту. Это типичный вариант такой реакции, связанной с перемещением в пространстве. Для реализации поискового поведения нужно идти, бежать, то есть происходят сгибания рук и ног, которые являются базой поискового поведения. Структура, которая их запускает, называется субталамус. Находится она в задней части промежуточного мозга, на границе таламуса и гипоталамуса.
Третий уровень – это манипуляции с предметами. Слово «манипуляция» происходит от латинского manus – «рука». Манипулируем мы, когда наши пальцы работают, когда мы хотим посмотреть, что находится внутри некоего объекта, раскрутить, разобрать незнакомый или знакомый предмет. Такого рода программы характерны для линии эволюции обезьян (приматов). За манипуляции с предметами отвечает кора больших полушарий, а точнее, двигательная кора, расположенная в задней части лобной доли.
Для того чтобы запускалось исследовательское поведение, направленное на сбор новой информации, нужно, чтобы сам факт проявлений новизны был детектирован. Отдельные нейроны, группы нейронов, нейронные комплексы работают на то, чтобы сравнивать имеющуюся информацию с вновь поступающей. И если в этой вновь поступающей информации есть что-то необычное, что данному организму ранее не встречалось, тогда срабатывают разные варианты исследовательского поведения.
Чтобы реализовался ориентировочный рефлекс, анализ сенсорной информации ведет верхняя часть среднего мозга – четверохолмие.
Для реализации поискового поведения и сбора информации «в новом месте» очень важна старая кора (прежде всего гиппокамп). Результаты манипуляции с предметами оценивает так называемая поясная извилина – область новой коры больших полушарий, которая относится к лимбической доле и находится на внутренней поверхности полушарий над мозолистым телом. Поясная извилина очень важна для оценки результатов любого поведения, а также для генерации эмоций, связанных с успехом либо неудачей поведения.
В конце главы мы обсудим те проявления любопытства, которые характерны только для человека и связаны с речевой сферой. Ведь наш мозг так устроен, что положительные эмоции нам приносят не только манипуляции с предметами, но «манипуляции» со словами – от шуток и каламбуров до высших проявлений творчества.