Развивай свой мозг. Как перенастроить разум и реализовать собственный потенциал

Сознание – это единственный элемент, дающий понимание того, как мы можем изменять наш мозг и разум. Именно этот нематериальный аспект нашего «я» воздействует на мозг, заставляя его вырабатывать разум. Время, когда мы действительно сознательны, внимательны, восприимчивы и присутствуем здесь и сейчас, – это время, когда мы меняем принцип работы нашего мозга, чтобы создать новый уровень разума.

Когда мы научимся использовать сознательный разум вместе с подсознательным, мы сможем модифицировать наше аппаратное обеспечение и обновить операционные системы. В такой момент слияния сознаний возникает возможность перепрошивки мозга.

Цель книги «Развивай свой мозг» – поставить вопросы и дать информацию, которая поможет осмыслить, как взаимодействуют человеческий мозг, разум и сознание, обеспечивая вам здоровье и сообщая переживания, создающие жизненный опыт. Эта книга шаг за шагом развивает рабочую модель понимания чудесного органа под названием «мозг». А вместе с этим мы исследуем свидетельства, обнаруженные нейробиологами, объясняющие, как наш мозг обрабатывает множественные уровни разума и как мы можем перемонтировать его. Вы можете в буквальном смысле изменить свой разум. Когда вы поймете это, вы придете к пониманию того, как это изменение отразится на вашем здоровье, жизни и будущем.

Следующую главу мы начнем с изучения нервных клеток – их функционирования и взаимосвязей, – а также различных отделов нервной системы, которые каждый по-своему поддерживают в нас жизнь и сохраняют здоровье. Освоив базовые знания, мы сможем расширить наше понимание того, как нам удается быть теми, кто мы есть в настоящий момент. А затем мы сможем подойти к пониманию того, как нам изменить свой разум.

Глава 3

Нейроны и нервная система: путешествие по естественному информационному суперхайвею

Зауряднейшему школьнику теперь известны такие истины, за которые Архимед расстался бы с жизнью.

    – Эрнест Ренан

Принимая во внимание, что значительную часть нашего тела составляет жидкость, не стоит удивляться тому, что мозг состоит на 75 % из воды. Что касается твердого материала, то, строго говоря, самые многочисленные клетки мозга – это глиальные клетки, названные так от греческого слова «глиа», что означает «клей». Глиальные клетки, по большей части, играют в мозге поддерживающую роль, как структурно, так и функционально, но также выполняют ряд задач, над пониманием которых ученые все еще ломают голову.

Помимо воды и глиальных клеток, наш мозг в основном состоит из нервных клеток, называемых нейронами. (До этого момента мы называли их мозговыми клетками.) Во многих смыслах нейроны являются наиболее специализированными клетками и самым чувствительным типом ткани из всех биологических систем. Они обрабатывают информацию и передают ее другим нейронам, тем самым запуская особые процессы в различных частях нашего мозга и тела.

Самое примечательное то, что нейроны – это единственные клетки в теле, которые взаимодействуют друг с другом напрямую; они обмениваются сообщениями в виде электрохимических сигналов, или импульсов.

Нейроны не только наиболее примечательные клетки, образующие мозг, они также представляют собой фундаментальный компонент нашей нервной системы: запутанной сети структур, которая состоит из головного и спинного мозга и нервов и контролирует и координирует все функции тела. Уникальный способ взаимодействия нервных клеток делает нервную систему такой особенной и отличной от всех других систем тела.

В мозге имеется величайшее скопление нейронов. Тоненький срез мозговой ткани размером с песчинку содержит порядка 100 000 нейронов. Они размещены так плотно, что кусочек ткани человеческого мозга размером с гальку содержит около 3 км нейронного материала. А весь ваш мозг содержит примерно 100 миллиардов нейронов, каждый из которых размером меньше миллиметра. Чтобы вы составили представление о том, насколько это много, знайте, что для того, чтобы просто сосчитать до 100 миллиардов, секунду за секундой, вам потребуется примерно 3171 год. А если сложить стопку бумаги из 100 миллиардов листков, ее высота составит около 8000 километров – расстояние между Лос-Анджелесом и Лондоном.

Другие нейроны значительно длиннее мозговых нервных клеток. Некоторые проходят от головного мозга вдоль спинного и составляют до 90 см в длину. И хотя нейроны различаются по длине, все они, по сути, действуют единообразно.

Чтобы увидеть на примере, какие задачи выполняют нейроны в вашей жизни, представьте, что сейчас утро и вы планируете свой день. Пока ваш мозг складывает мозаику из идей о том, что вам нужно сделать в различные отрезки дня, нейроны передают электрохимическую информацию между его различными частями. Сенсорные нейроны посылают информацию в мозг не только о вашем внешнем окружении – полученную при помощи органов зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания, – но также и о внутренней среде, включая чувство голода, жажды, боли, температуру и т. п. Как только вы решаете подняться и сделать что-то, моторные нейроны посылают электрохимические импульсы из головного мозга через спинной по всему телу, сочетая ваши движения с выстроенным умственным планом.

Основной метод коммуникации между нейронами одинаков для всех человеческих существ. Однако нервные клетки организованы в особые сети, или паттерны, которые формируют наше индивидуальное поведение и сообщают каждому из нас уникальные качества.

Составляющие нейронного дерева

Типичная нервная клетка напоминает своим строением дерево, а если точнее, дуб зимой, то есть без листье. В той части «дерева», где крупные ветви сходятся к центру, имеется ядро, или клеточное тело нейрона.

Ядра нервных клеток, как и всех других, содержат генетическую информацию в виде ДНК, которая управляет производством белков, необходимых для поддержания структуры и функционирования клетки. ДНК нервных клеток почти ничем не отличаются от ДНК любых других клеток нашего тела (кроме красных кровяных телец, которые не содержат ДНК). Что отличает один тип клетки от другого – это активная экспрессия всего лишь нескольких отдельных генов. При экспрессии гена в клетке вырабатывается особый белок, связанный с конкретной функцией. Например, мышечная клетка вырабатывает особые белки, составляющие структуру мышечных тканей. В нервной же клетке экспрессия последовательности ДНК слегка отлична от той, что мы наблюдаем в мышечных или кожных клетках.

Также нервная клетка отличается от других своей внешней структурой. Нейрон имеет два типа отростков (также известных как нейриты), отходящих от тела клетки в противоположных направлениях, как показано на рис. 3.1. Ствол нейронного дерева представляет собой длинное волокно, называемое «аксон»; все нейроны имеют только один аксон. Аксоны варьируются по длине от десятой доли миллиметра до двух метров. Если вы посмотрите на рисунок ствола нейронного дерева, то увидите корневидные концы, называемые «аксонные терминали».

А теперь давайте посмотрим на ствол нейронного дерева. Представьте крупные ветви этого древоподобного клеточного тела, простирающиеся в различных направлениях в трех измерениях, сужающиеся до меньших ветвей, которые далее разделяются на пальцеобразные веточки. Эти ветви и веточки являются гибкими, антенноподобными отростками, называемыми «дендритами». Подобно ветвям дерева, каждая нервная клетка имеет бессчетные дендриты. Дендриты оканчиваются крохотными, зернистыми бугорками, названными дендритными шипиками. Эти узловатые отростки служат дендритам особыми приемниками информации и играют важную роль в процессе обучения. И опять же вернемся к рис. 3.1.

Рис. 3.1. Нейрон

Вообще-то, все части нервных клеток настолько гибки, что больше напоминают спагетти, варящиеся в кипятке, а не сухие ветви дерева. Живые нейроны не жесткие, а эластичные и аморфные.

НЕЙРОНЫ: МНОГО ТИПОВ, МНОГО ФУНКЦИЙ

Нейроны классифицируются по различным факторам, включающим их местоположение, форму, направление, в котором они проводят импульсы, и число имеющихся у них отростков. Например, чувствительные нейроны получают информацию как изнутри тела, так и извне, через наши органы чувств, и пересылают ее в головной или спинной мозг. Моторные нейроны передают сигналы от головного или спинного мозга в тело, к тканям и органам, вызывая движение или какую-либо функцию.

Далее, нейроны можно классифицировать по числу, длине и расположению отростков, или ветвей. Например, униполярные нейроны имеют единственный нейрит, который разделяется на малом расстоянии от тела клетки на две ветви. Биполярные нейроны имеют удлиненное клеточное тело, от каждого конца которого отходит нейрит. Биполярные нейроны, не такие многочисленные, как другие типы, имеют один аксон и один дендрит. Мультиполярные нейроны имеют несколько отростков, отходящих от тела клетки. У них один аксон и несколько дендритов. Большинство нейронов головного и спинного мозга являются мультиполярными. Взгляните на рис. 3.2 для сопоставления различных типов нервных клеток.

Нейроны также классифицируются по размеру. Нейроны Гольджи I типа имеют аксон, который может достигать одного метра в длину. Аксоны пирамидных клеток коры, образуя нервные волокна, выходят из головного мозга в спинной. Аксоны нейронов спинного мозга образуют периферические нервы.

Наиболее многочисленный тип нервных клеток – это мультиполярные нейроны с короткими аксонами, известные как нейроны Гольджи II типа. Их короткие ветви обычно оканчиваются вблизи тела клетки, а в некоторых случаях аксон может и вовсе отсутствовать. Нейроны Гольджи II типа по форме напоминают звезду. Они наиболее типичные для коры мозжечка и больших полушарий – то есть эти маленькие нервные клетки образуют серое вещество мозга. На рис. 3.2 показаны нейроны Гольджи I и II типов.

Рис. 3.2

Нейроны сообщаются посредством своих аксонов и дендритов путем своеобразной, довольно запутанной системы связи. Аксоны посылают электрохимические сигналы одним нейронам, а дендриты принимают сообщения от других. Если продолжить древесную аналогию, можно сказать, что дендриты (ветви) получают сообщения от аксонных терминалей (корневой системы) других деревьев, где они соединяются, и передают их дальше (по стволу дерева) собственным аксонным терминалям (корням), которые соприкасаются с дендритами (ветвями) другого дерева, и так далее.

Это очень условный взгляд на процесс коммуникации. Что значит условный в данном случае? Прежде всего, на данном этапе нам удобно говорить о нейронах так, будто они соединяются между собой напрямую. Но в действительности нейроны никогда не соприкасаются. Между ними всегда существует пространство порядка одной миллионной сантиметра, называемое синапс. Точка A на рис. 3.3 поможет вам представить синаптическое пространство между нейронами.

Также в целях упрощения, несмотря на то что нейрон может сообщаться с тысячами других нервных клеток таким же древообразным способом, я начну с описания того, как одна нервная клетка (нейрон A) передает сообщение другой единственной нервной клетке (нейрон Б). И хотя аксонные терминали обычно передают информацию дендритам других нейронов, время от времени случается, что аксонный отросток соединяется напрямую с клеточным телом соседнего нейрона.

Рис. 3.3. Схематический вид синаптического пространства, дендритных шипиков и клеточной мембраны

Нервные импульсы рассылают сообщение

Представьте, что вы решили взять в руку карандаш. Как нервные клетки передадут эту мысль мышцам и заставят руку сделать необходимые движения, чтобы взять карандаш? Давайте проследим за этим процессом (в сильно упрощенном виде, разумеется).

Сперва вам нужно понять, где и как происходит сообщение между нервами. Место, где начинается и осуществляется это сообщение, – нейронная клеточная мембрана, или плазменная мембрана. Можете представлять ее в виде кожицы нервной клетки; эта протяженная внешняя граница окружает каждый нейрон, включая клеточное тело и его отростки. Мембрана настолько тонкая – около 8 нанометров, или 100 000-й доли метра, – что ее невозможно увидеть в обычный оптический микроскоп. Пункт Б на рис. 3.3 показывает мембрану нервной клетки.

Возможно, вы помните термин «ион» из курса химии в средней школе. Так вот, ион – это атом, имеющий электрический заряд, поскольку он либо получил, либо потерял электрон в своей внешней оболочке. Ионы важны для нашего обсуждения, поскольку эти заряженные атомы вырабатывают электрические сигналы, посредством которых осуществляется сообщение между нервными клетками. Клеточная мембрана нейрона позволяет некоторым ионам проникать сквозь нее, но удерживает остальных. Больше всего нас в данном случае интересуют натриевый и калиевый ионы, имеющие положительный электрический заряд, и ионы хлора, имеющие отрицательный заряд. Когда нейрон пребывает в спокойном, или не стимулированном состоянии, внутренняя поверхность его клеточной мембраны имеет отрицательный заряд относительно внешней среды, потому что внутри клетки находится меньше положительно заряженных ионов, чем снаружи. Но, когда нейрон активируется, или стимулируется, в него внезапно перемещается больше ионов, изменяя заряд внутренней поверхности мембраны с отрицательного на положительный.

Поток ионов длится всего лишь пять миллисекунд, но этого достаточно для возникновения электрического тока, называемого потенциалом действия, который перемещается вдоль аксона. Для наших целей вам нужно знать о потенциале действия только то, что при возбуждении нервной клетки, когда она достигает определенного порога электрического заряда, происходит быстрый обмен заряженными частицами, которые плывут вдоль ее мембраны к аксонным терминалям. Вслед за этим действием ионы быстро возвращаются к состоянию покоя.

Как только запускается потенциал действия, он проходит по нервной клетке в виде каскадного, волнообразного потока, называемого нервным импульсом. Для наглядности представьте, что вы держите конец длинной веревки. Если встряхнуть ее как кнут, вы создадите волну, которая прокатится по всей длине веревки. Подобным же образом, как только на клетку воздействует стимул достаточно сильный, чтобы активировать, или зажечь ее, это вызывает спонтанно распространяющийся электрический импульс, который не остановится до тех пор, пока не пройдет весь путь до окончания аксона. Электрический ток проходит вдоль всего аксона единым импульсом до полной разрядки. Ученые называют это законом «все или ничего», или законом Боудича. В этой книге мы ссылаемся на потенциал действия в любом нейроне или группе нейронов, используя такие выражения, как «когда нейроны зажигают», «когда нейроны активируют» или «когда нейроны включают».

Скорость этой передачи по нервным волокнам впечатляет. Потенциал действия, длящийся тысячную долю секунды, может пройти вдоль всего аксона со скоростью, превышающей 300 км/ч. Или для большей наглядности скажем, что этот импульс может преодолеть 100 метров, примерную длину футбольного поля, за секунду. Когда нервный импульс запускается, его интенсивность, или мощность, всегда остается неизменной до окончания передачи. Учитывая, что нервный импульс перемещается посредством электрического тока, перетекая вдоль аксона, можем ли мы изменить этот ток?

Ионный обмен внутри и снаружи нервных клеток (потенциал действия) вырабатывает электромагнитное поле. В процессе мозговой активности миллионы нейронов зажигаются синхронно, что вызывает поддающееся измерению электромагнитное поле. Если вам доводилось наблюдать технологию ЭЭГ в действии, в ходе которой на голове человека закрепляются электроды для считывания активности мозга, вы видели, как записываются эти индукционные поля. Нервные клетки, зажигаемые единым тандемом по всему мозгу, могут производить различные типы электромагнитных полей, обозначающих собой различные состояния разума. Используя технологию ЭЭГ, ученые даже могут соотносить повышенную активность этих электромагнитных полей с особыми областями мозга, связанными с различными мыслительными процессами.

Мы генерируем электрические импульсы у себя в мозге ежесекундно – когда обрабатываем информацию из внешней среды, обдумываем свои личные мысли и даже когда спим. Это происходит в различных областях нашего мозга, в миллионах и миллионах различных нейронов, каждую секунду.

Фактически, число нервных импульсов, вырабатываемых в течение дня в человеческом мозге, превышает число электрических импульсов всех сотовых телефонов на планете.

А теперь давайте посмотрим поближе, как перемещается информация от одной нервной клетки к другой. Когда нейроны передают сигналы в виде электрических импульсов, они должны сообщаться между собой через щель, разделяющую их. Эта щель между аксонной терминалью (отправителем сигнала) нервной клетки и дендритом (получателем сигнала) соседнего нейрона является местом синаптической связи, или синапсом. (Этот термин происходит от греческого слова, означающего «соединять» или «присоединять».) Всего лишь в тысячную долю миллиметра в ширину, синаптическая щель позволяет нервным импульсам беспрерывно продолжать свой путь от одного нейрона к другому.

Отправляющая сторона щели, где оканчивается аксонная терминаль (изображенная в виде корневой системы дерева в точке A на рис. 3.3), называется пресинаптической зоной, потому что сигнал на этой стороне щели еще не пересек синапса. Принимающая сторона синапса, где дендрит принимает информацию, является постсинаптической зоной (самые дальние ветви дерева, напоминающие пальцы).

Имейте в виду, что нейроны не соединяются в виде простых цепочек, подобно железнодорожным товарным вагонам, составленным вместе, поочередно, один за другим. Во-первых, аксон может направлять информацию одновременно более чем одной нервной клетке, что называется дивергенцией. Когда такое происходит, сообщение от одной нервной клетки расходится, или распространяется, по множеству соседних нервных клеток. Потенциально один нейрон создает каскад информации, который может направить многим тысячам других нейронов. Процесс нейронной дивергенции во многом похож на бросание камешка в воду, от которого расходятся волны во всех направлениях.

В другом процессе, называемом конвергенцией, одна нервная клетка принимает сообщения с помощью своих дендритов от множества нейронов, а затем конвергирует эти различные разряды информации в единый сигнал, который передает через аксон. Представьте наш дуб, ветви (дендриты) которого распространяются во всех направлениях. А затем представьте тысячи других деревьев, парящих в трехмерном пространстве с их корневыми системами (аксонными терминалями), касаясь малой части кроны нашего исходного дерева. Эти различные деревья передают бесчисленные электрические токи одному дереву, и оно конвергирует всю эту информацию по единому пути вдоль своего ствола до самых корней. Конвергенция происходит, когда широкая нейронная активность связывается воедино таким образом, чтобы все нервные импульсы сошлись в нескольких отдельных нейронах. Вы можете увидеть процессы дивергенции и конвергенции на рис. 3.4.

Как взять в руку карандаш

Итак, наш карандаш лежит и ждет нас. Что должно произойти, чтобы вы взяли его? Если вы потянулись и взяли карандаш, значит, во множестве нейронов в различных областях вашего мозга зажегся каскад потенциалов действия, вызывая согласованное движение вашей руки. Далее расписаны простейшие шаги этого процесса, которые, впрочем, не обязательно должны происходить в такой последовательности.

Рис. 3.4. Дивергенция и конвергенция