Развивай свой мозг. Как перенастроить разум и реализовать собственный потенциал

1. Мысль о том, чтобы поднять карандаш, вызывает первую серию потенциалов действия в мозге.

2. Глаза видят карандаш и запускают вторую серию потенциалов действия.

3. Затылочная доля (область мозга, отвечающая за зрение) регистрирует образ, который вы видите.

4. Височная доля (отвечающая за ассоциации совместно с хранением воспоминаний и обучением) ассоциирует образ, который вы видите, с тем, чем располагает ваша память относительно карандашей, что запускает очередную серию потенциалов действия.

5. Лобная доля (отвечающая за высшую умственную деятельность) позволяет вам удерживать внимание, пока вы намеренно тянетесь за карандашом.

6. Когда вы начинаете формулировать и интегрировать движение руки за карандашом, лобная доля и теменная доля (двигательный отдел мозга, также отвечающий за языковые механизмы и общие сенсорные функции) помогают вам начать движение плеча, предплечья, кисти и пальцев и включают ваше сенсорное прогнозирование того, как должен ощущаться карандаш у вас в руке.

7. Теменная доля позволяет вам почувствовать, что вы держите в руке карандаш – вы можете ощутить его форму, граненую поверхность дерева, заостренный грифель на одном конце и упругий ластик на другом.

8. В то же время мозжечок (отвечающий за согласование произвольной мышечной активности) позволяет совершать точные моторные движения в направлении карандаша, чтобы вы могли протянуть за ним руку и взять его. Без помощи мозжечка вы могли бы взять карандаш, а затем забросить его за голову или кинуть на пол.

В процессе этого каскада потенциалов действия через ваши нервные клетки в обоих направлениях проносились натриевые и калиевые ионы, и вся эта электрохимическая активность происходила без вашего сознательного участия. И слава Богу!

НЕРВНЫЙ, КАК МЕДУЗА

Первые нервные клетки развились у существ, напоминавших современных медуз. Миллионы лет назад выживание этих примитивных организмов зависело от их способности распознавать пищу (сенсорная функция) и двигаться к ней (моторная функция). Первостепенно важным было то, что медузы развили особые клетки, которые могли запускать движение при помощи сокращения тканей. Но эти движения должны были быть чем-то большим, нежели спонтанными действиями.

Медузам требовалась система, способная направлять движения с определенной степенью осознанности и координации, чтобы они могли взаимодействовать более эффективно со своим окружением. Такая система потребовала способности получать сенсорные сообщения из внешней среды и переводить эти сигналы в клетки, которые стали отвечать за осуществление движений. По сути, в этом и состоит работа нервной системы: она ощущает внешнюю среду, а затем реагирует на эти ощущения соответствующим образом через движения и действия, иногда произвольно, иногда непроизвольно.

Другими словами, медузам требовалось рудиментарное сознание, или разум, и простая нервная система для повышения базового уровня осознанности. Соответственно, эти существа выработали у себя нервные клетки, а также сенсорные и моторные функции, тем самым создав одну из первых нервных систем в истории эволюции.

Простые неврологические механизмы, развившиеся у медузы и других примитивных организмов, обеспечили такую эффективную адаптацию, что сделались нормой эволюции. Все нервные клетки – будь они у медуз, других животных или человеческих существ – действуют по тем же самым базовым электрохимическим принципам. Сегодня мы, люди, ведем себя и реагируем на нашу внешнюю среду, используя те же самые процессы, которые выработались у медуз миллионы лет назад.

Как же природа сумела совершить квантовый скачок от наиболее примитивных нервных систем к человеческому мозгу? Чтобы развивать все более усложненное, утонченное и адаптивное поведение, организмам требовалось всего лишь соединять вместе все больше нервных клеток разнообразными способами.

По мере того как нейроны скрепляются вместе во все более разветвленные нервные сети, сообщение между ними возрастает в геометрической прогрессии. Это простая корреляция: по мере эскалации сообщения между нейронами повышается разумность, и организмы все лучше приспосабливаются к окружающей среде, и их поведение становится все более совершенным. По сути, мы можем обучаться, запоминать, создавать, изобретать и видоизменять наше поведение быстрее, чем любые другие особи, благодаря размеру нашего развивающегося мозга. Человеческие существа, благодаря огромному числу взаимосвязанных нервных клеток, делающих наш мозг таким объемным и невероятно усложненным, находятся на верхней ступени иерархической лестницы.

Химические посредники осуществляют сообщение

А теперь давайте посмотрим внимательнее на то, как нервные импульсы путешествуют от одного нейрона до другого. Как они преодолевают синаптическую щель?

Когда нервный импульс перемещается по нейрону до самого конца аксона, он достигает пресинаптической зоны. Здесь располагаются мелкие синаптические везикулы, в которых содержатся химические посредники, называемые нейромедиаторами. Нейромедиаторы передают важную информацию другим нервным клеткам через крохотное синаптическое пространство, а также в различные части организма для слаженного управления особыми функциями. Точка A на рис. 3.5 показывает эти везикулы, наполненные нейромедиаторами.

Нейромедиаторы (например, серотонин или дофамин) также вызывают настроение, окрашивающее наши переживания. Они бывают причиной того, что мы испытываем чувство счастья, занимаясь чем-то, хотя в других случаях мы можем заниматься тем же самым и испытывать весьма различные эмоции. Если, как и большинство людей, вы переживаете множество различных настроений в течение дня, от возбуждения и энтузиазма до подавленности, раздражения или апатии, знайте, это эффекты нейромедиаторов. Химия мозга, вырабатываемая каждодневно за счет наших мыслей, определяет то, как мы себя чувствуем.

Представьте везикулы на концах аксонных терминалей в виде крохотных, особым образом устроенных шариков с водой, а нейромедиаторы – в виде жидкости в этих шариках. Только сочетающиеся наборы терминалей и нейромедиаторов могут работать вместе. Подобно разряду молнии, электрохимическая активность нервного импульса вызывает взрыв одной или нескольких везикул, и каждая такая везикула высвобождает тысячи молекул нейромедиаторов. С каждым нервным импульсом лопаются несколько везикул, тогда как другие остаются нетронутыми, так что выделяются определенные нейромедиаторы, тогда как другие химические посредники остаются на месте.

Что же определяет, какие нейромедиаторы должны выделиться? Не все нервные импульсы одинаковые; каждый электрический импульс, путешествующий по нейрону, имеет особую частоту (или величину заряда), и каждый вид нейромедиатора реагирует на различную частоту. Поэтому особый электромагнитный импульс заставляет взрываться конкретные везикулы, выделяя соответствующие по частоте нейромедиаторы.

Представьте этих химических посредников, если хотите, в виде крохотных паромов, пересекающих канал и причаливающих на другой стороне в определенных точках. У принимающего дендрита причаливает конкретный нейромедиатор или, точнее сказать, соединяется с особым химическим рецептором, подобно ключу, входящему в свой замок. Форма нейромедиатора должна совпадать с формой рецептора. Точки Б и В на рис. 3.5 демонстрируют эту модель с ключом и замком.

Рис. 3.5. Действие нейромедиаторов в синаптическом пространстве

В той точке, где нейромедиаторы причаливают, они высаживают своих «пассажиров», выполняющих затем особые обязанности. Пассажиры, сошедшие с паромов, могут все вместе отправиться по одному пути, но у них различные задачи. Кто-то может зайти домой и отдохнуть, кто-то может пойти на работу, кто-то может быть в отпуске, а кто-то даже может патрулировать сам паром.

Это примерно объясняет, как ведут себя нейромедиаторы. Они пересекают щель между нейроном, выделившим их, и соседней нервной клеткой. На принимающей стороне щели они вызывают выделение особых химикалий, влияющих на активность соседней нервной клетки. Это, в свою очередь, влияет на следующий принимающий нейрон и так далее.

Химически-электрический обмен

Вы замечали, что электрические импульсы, возникающие в природе, затем превращаются в химические, а затем снова становятся электрическими? Другими словами, электрические импульсы, вырабатываемые нейронами, преобразуются в химические импульсы в синапсе посредством нейромедиаторов. Эти химические сообщения стимулируют комплексные молекулярные взаимодействия, включая ионные потоки, запускающие электрические импульсы в соседнем нейроне. При достижении определенного электрического порога происходит активация прилегающего нейрона и срабатывает потенциал действия, передающий это сообщение дальше по принимающей нервной клетке.

Не каждая нервная клетка передает принимаемые сообщения. Чтобы лучше понять это, представьте, что вы пытаетесь подбодрить друга, который погружен в депрессию из-за несчастной любви. Он застрял в этих эмоциях, постоянно прокручивая в голове свою утрату. Вы понимаете, что ему нужно как-то забыть о своем несчастье, и решаете отвлечь его различными способами. Вы ведете его на ужин, прогуливаетесь по пляжу и едите мороженое, идете вместе в кино, а после этого встречаетесь с вашими общими друзьями в ночном клубе.

В какой-то момент в ходе всех этих действий ваш друг, вероятно, достигает предела, перейдя который достаточно оттаивает и вовлекается в происходящее.

Нервные клетки переходят из состояния покоя в состояние возбуждения примерно как ваш несчастный друг в этом примере. Какой-то одной формы воздействия может быть недостаточно, но, если вы обеспечите стимуляцию в достаточном объеме, они возбудятся и останутся в таком состоянии. Когда нервная клетка возбуждается в постсинаптической зоне, она превращается из приемника информации в отправителя. Теперь эта нервная клетка будет распространять свое возбуждение.

Когда нейромедиаторы выделяются в пресинаптической зоне (отправная точка нейрона), они вырабатывают электрический отклик в постсинаптической зоне принимающей нервной клетки. Этот электрический импульс должен проследовать от (принимающего) дендрита до клеточного тела и вдоль по аксону прежде, чем нейромедиатор выполнит свою работу. Считайте нейромедиаторы химикалиями, обеспечивающими сообщение между нейронами, чтобы импульсы могли путешествовать через мозг.

Обычно требуется избыточная активность нейромедиаторов (стимуляции) в постсинаптической зоне (принимающий конец нейрона), чтобы следующая нервная клетка достаточно возбудилась для возгорания. Малые объемы нейромедиаторов, как правило, не достигают порога для выработки потенциала действия в постсинаптической зоне. Это феномен из серии «все или ничего», как тот момент, когда срабатывает ваш будильник – либо вы встанете с постели, либо нет, но нельзя сделать и то, и другое. Различные типы нейромедиаторов также играют роль в том, возгорятся ли нервные клетки или проигнорируют сигнал.

Типы нейромедиаторов

Нейромедиаторы, в различных концентрациях, содержатся в особых областях мозга. К числу главных нейромедиаторов относятся глутамат, ГАМК, ацетилхолин, серотонин, дофамин, мелатонин, оксид азота и различные эндорфины.

Нейромедиаторы выполняют множество различных функций. Они могут стимулировать, затормаживать или менять активность самого нейрона на клеточном уровне.

Они могут вызвать открепление нейрона от текущего соединения или заставить нейрон лучше прикрепиться к настоящему соединению. Нейромедиаторы могут сигналить соседним нейронам, возбуждая их, или могут направить сообщение следующему нейрону в очереди, которое затормозит или полностью остановит нервный импульс. Они даже могут изменять импульс на пути к нейрону так, чтобы он рассылал уже новое сообщение по всем нервным клеткам, соединенным с ним. Любое из этих действий может произойти за миллисекунду.

У нас в нервной системе имеется два типа нейромедиаторов. Возбуждающие нейромедиаторы стимулируют или активируют нервную трансмиссию; они изменяют электрическое состояние постсинаптической мембраны, позволяя активироваться потенциалу действия в следующей клетке. Эти типы химикалий в должных сочетаниях обеспечивают протекание наших умственных функций со сверхсветовой скоростью.

Главный возбуждающий нейромедиатор в мозге – это глутамат. Когда глутамат выделяется в пресинаптической (отправляющей) зоне нейрона, он привязывается к рецептору в постсинаптической зоне следующей клетки. После чего он изменяет электрическое состояние постсинаптической клетки, чтобы потенциал действия возгорелся с большей вероятностью.

Точно так же ингибиторные (затормаживающие) нейромедиаторы действуют в полном соответствии со своим названием – они затормаживают или останавливают активность в принимающей клетке, погасив возбуждение в ее постсинаптической зоне. Главный ингибиторный нейромедиатор – это ГАМК (гамма-аминобутановая кислота). Выделившись в пресинаптической зоне, ГАМК прикрепляется к соответствующим постсинаптическим рецепторам. Однако ГАМК уменьшает вероятность образования потенциала действия. Если бы не ГАМК, нервные клетки возгорались бы так часто, что перевозбудились, вызвав значительный урон и нарушение баланса в мозге.

Нейроны легко могут связываться и соединяться с множеством других нейронов. Они также способны произвольно включать и выключать импульсы, сводить информацию в одну клетку и разводить электрическую активность по мириадам различных направлений.

Учитывая все эти сложности, ученые-биологи начинают осознавать, как мало на самом деле знают о работе и взаимосвязях нейронов. Вполне логично, что нейроны, выполняющие так много функций, мало похожи на рисунки, которые мы можем помнить по школьным учебникам, изображающие крохотные проводки, аккуратно выстроенные в линию. Для наших целей мы можем представлять нейроны в виде огромной, постоянно меняющейся сети отдельных компьютеров, сообщающихся с Интернетом с молниеносной скоростью. Представив нейроны в виде миллиардов компьютеров, постоянно соединяющихся между собой и разъединяющихся, мы сможем подойти к титанической задаче объяснения их разумности на микроскопическом уровне. Поэтому, когда я говорю о «монтаже нейронов», это просто метафора для лучшего усвоения того, как эти превосходные клетки умеют устанавливать контакт и работать совместно друг с другом.

Вода между нашими ушами

Как уже упоминалось ранее, от 75 до 85 % содержимого нашего чудесного биокомпьютера составляет вода. Консистенция живого мозга в некоторых областях схожа с яйцом всмятку, тогда как другие области более плотные и каучукообразные, почти как яйцо вкрутую. Неудивительно, что природа окружила мозг костяной черепной коробкой, защищающей его нежные ткани от внешних воздействий. Вода первостепенно важна для электрических механизмов мозга, обеспечивающих информационный обмен. Водное содержание мозга усиливает его электропроводимость и позволяет электрическим токам быстро распространяться внутри черепа в плавном и беспрерывном режиме. Этот процесс распространения информации (дивергенция) существенно усиливается за счет воды.

Чтобы понять принцип такого устройства, представьте, что происходит, когда молния ударяет в озеро. Если вы находитесь в озере, даже если между вами и местом удара молнии целый километр, вас может ударить током, поскольку он перемещается в воде с невероятной быстротой во всех направлениях. Подобным же образом вода у вас в мозге действует как проводник, усиливающий электрические заряды. Вода создает идеальную среду для этих заряженных частиц, позволяя им быстро и свободно распространяться по внутренним и внешним пространствам нервной клетки.

А теперь нервная система

Есть и другие составляющие нервной системы, проводящие импульсы в мозг и из него. Это нервы. Они состоят из одного или нескольких пучков волокон, образующих ветви, формирующие часть системы, передающей импульсы ощущений, движений и т. д. между головным или спинным мозгом и всеми другими частями тела. Нервы, своего рода, продолжение мозга.

Нервная система обеспечивает взаимосвязь внешней среды с телом, тела с мозгом, а мозга с телом.

По большому счету, нервная система активирует, контролирует и координирует все телесные функции, поддерживая в безмерных комплексах живых тканей порядок и гармонию. Она регулирует эндокринную, мышечно-скелетную, иммунную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, репродуктивную, дыхательную, выделительную системы. Без нервной системы не было бы жизни.

Чтобы наблюдать и поддерживать все эти системы, нервная система постоянно сообщается с остальным телом. Через наши органы чувств, являющиеся сенсорными анализаторами, позволяющими обрабатывать всевозможные сигналы, нервная система получает информацию и осуществляет оценку условий как снаружи, так и внутри тела. Помимо внешних ощущений – слуховых, зрительных, обонятельных, вкусовых, осязательных, – нервная система обрабатывает и внутренние, сигнализирующие о голоде, жажде, боли, температуре и проприорецепции (восприятии положения тела в пространстве). Нервная система хранит информацию в форме воспоминаний.