Запутанный мозг. Путеводитель по нейропсихологии

Вокруг таламуса расположено множество других более мелких структур, известных под общим названием «лимбическая система». Маленький «довесок» непосредственно под таламусом, называемый гипоталамусом, играет особенно важную роль в жизни млекопитающих, поскольку он регулирует температуру тела. Именно способность поддерживать внутреннюю температуру тела на постоянном уровне позволяет нам быть активными по ночам или на холоде. Видимо, есть некий резон в том факте, что небольшие по размеру млекопитающие живут в подземных норах; во всяком случае, это может служить объяснением того, почему они смогли пережить тот глобальный массовый катаклизм, который смел с лица Земли динозавров.

Гипоталамус не только регулирует температуру тела, но и выполняет множество других функций; в частности, он поддерживает в теле гомеостаз, т. е. следит за тем, чтобы все процессы в теле совершались при постоянных и оптимальных условиях. Например, если уровень жидкости в теле опускается ниже оптимального (а оптимальный уровень жидкости – залог нашего выживания), гипоталамус вызывает чувство жажды, под действием которого вы пьете воду или другую жидкость; а если уровень глюкозы в крови опускается ниже определенной точки, он вызывает чувство голода, побуждающее вас искать пищу, чтобы насытиться. Если вам становится слишком холодно, он вызывает дрожь, под действием которой мышцы выделяют немного тепла, а если вам слишком жарко, он вызывает отделение пота, при испарении которого тело охлаждается. Следовательно, гипоталамус действует как внутренний регулятор, поддерживающий в оптимальном режиме основные механизмы тела, дабы они работали должным образом. В силу того что гипоталамус находится непосредственно под таламусом (греческое слово hypo означает «под»), он оказывается связанным со всеми древними участками мозга, которым он может в случае необходимости посылать соответствующие сигналы.

Рисунок 1.3. Элементы лимбической системы

Эти сигналы посылаются отчасти через нервные клетки и обширную сеть их связей, а отчасти – за счет выделения гормонов. Гормоны – это химические вещества, назначение которых заключается в том, чтобы стимулировать протекание физиологических процессов в организме или воздействовать на железы внутренней секреции, побуждая их, в свою очередь, выделять соответствующие гормоны. Они, в частности, важны и необходимы для поддержания таких состояний организма, как рост, беременность, возбуждение или тревога. В совокупности железы внутренней секреции образуют эндокринную систему, а гипоталамус – это основная сеть, через которую мозг связан с эндокринной системой.

У лимбической системы есть и множество других частей, одна из них – это гиппокамп (в переводе с греческого – «морской конек»; название обусловлено внешним сходством этого органа с данным морским животным), небольшая изогнутая структура, расположенная под головным мозгом. Гиппокамп просто необходим для нашей памяти. В частности, он помогает нам собирать и сохранять разрозненные воспоминания, увязывая их в долговременную памятную картину. Люди с поврежденным гиппокампом (а к этому часто ведет длительное употребление алкоголя при минимуме еды) страдают слабой памятью: они не способны сохранять свежие воспоминания. Этот синдром, нередко приводящий к трагическим последствиям, известен в медицине как синдром Корсакова.

Случай из практики: синдром Корсакова

Случай, описанный неврологом Оливером Саксом, интересен тем, что у его пациента, 60-летнего мужчины, синдром Корсакова проявился, когда ему было 30. Повреждение гиппокампа привело к тому, что тот утратил способность сохранять свежие воспоминания, а имел лишь те, которые «унаследовал» из поры юности. Это означало, что каждый день, когда он глядел на себя в зеркало, мужчина испытывал неприятное потрясение, ибо в старике, которым он стал, не признавал самого себя и не помнил ничего из того, что с ним случилось в недавнем прошлом.

Гиппокамп имеет дело и с другими формами памяти, например с пространственной, т. е. с ориентацией на месте, когда мы помним не только то, где сами находимся, но и где расположены другие известные нам объекты и ориентиры. Например, лондонские таксисты знают наизусть и держат в памяти буквально весь город: это нужно для того, чтобы сдать экзамен на знание города, дающий право на водительскую лицензию. Гиппокамп у них сильно увеличен в размере, что является результатом более расширенной пространственной памяти. Поэтому все, что мы делаем в жизни, может либо ослаблять деятельность нашего мозга, либо улучшать ее. Все зависит исключительно от нашего выбора (как действует память и какие участки мозга управляют функцией памяти, мы более подробно рассмотрим в главе 7).

Если подойти к этому с точки зрения эволюции, становится вполне очевидно, что способность ориентироваться на местности и создавать мысленные карты может существенно помочь животным в борьбе за выживание. Исследования показывают, например, что мыши, которым была дана возможность изучить не имевший запасных выходов лабиринт, буквально замирали на месте, когда неожиданно в том или ином месте наталкивались на кошку; в то же время мыши, лишенные такой возможности, при встрече с кошкой бросались прочь в поисках выхода. Первые мыши, исследовав лабиринт и хорошенько его запомнив, понимали, что выхода нет, поэтому при встрече с кошкой замирали на месте, чтобы не привлекать к себе внимания, ибо в данном случае это наилучший выход. К сожалению, мы не знаем, дозволялось ли кошке ловить мышей в ходе эксперимента и какова была конечная судьба последних. Однако в то время, когда проводились эти опыты (1960-е годы), этике отношений с животными вообще не уделялось никакого внимания, поэтому экспериментаторам, в принципе, было все равно, выживут мыши или нет. В наше время подобные исследования, к счастью, не проводятся. Но это нисколько не меняет сути дела, а суть эта в том, что знание собственного места нахождения, безусловно, сильно помогает в борьбе за выживание.

Другая важная часть лимбической системы – это миндалевидная железа, или просто миндалина, хотя чаще всего ее называют миндалевидным телом. Миндалина – эмоциональный центр мозга; она состоит из двух миндалевидных структур, расположенных в глубине правой и левой височных долей, в непосредственной близости от гиппокампа. Миндалина помогает мозгу определять опасность и реагировать на нее, а также активизирует другие наши эмоции – как положительные, так и отрицательные. В частности, ее роль сводится к тому, чтобы, работая совместно с гиппокампом, консолидировать воспоминания, особенно эмоциональные. Доказано, что мы лучше запоминаем события, если им предшествует сильное эмоциональное переживание, а это частично обусловлено именно активностью миндалины (к ней мы будем возвращаться в этой книге еще неоднократно, в различных ее главах, уделив ей особое внимание в главе 8).

К числу частей лимбической системы относятся и базальные ядра (ганглии) – так называется группа клеток, расположенных в глубине белого вещества лобных долей мозга. Эти клетки помогают организовывать движения (путем выбора конкретных действий) в зоне мозга, называемой путамен, и подавлять или сдерживать эти действия до тех пор, пока мы не убедимся, что они наилучшим образом подходят для данной ситуации. Базальные ядра включают в себя так называемые хвостатые ядра, участвующие в планировании движений, координации нарабатываемых привычек и действий, основанных на правилах, а также область, известную в анатомии как бледный шар (globus pallidus), предназначенную для регулировки всего свода движений, чтобы они были скоординированными и плавными. Как вы понимаете, базальные ядра неразрывно связаны с головным мозгом, поэтому повреждение любой из этих областей может привести к разного рода серьезным проблемам с двигательным аппаратом.

Поясная кора – это большая зона мозга, расположенная над мозолистым телом. Она служит продолжением головного мозга, но часто рассматривается как составной элемент лимбической системы, частично из-за того, что она связана с этой системой и тесно взаимодействует с другими ее частями, такими как гипоталамус и миндалина. Она отвечает за эмоции, память и процесс обучения; среди других ее функций можно назвать, например, координацию: поясная кора воссоздает ассоциации тех или иных запахов и образов с приятными или неприятными воспоминаниями. Также она участвует в регулировании агрессивных поступков и активации нейронных проводящих путей, стимулируемых нашими эмоциональными реакциями на боль.

Таким образом, лимбическая система активно задействована в таких процессах жизнедеятельности, как эмоции, память и движения, – все они необычайно важны для высокоорганизованных животных вроде млекопитающих и необходимы для выживания в этом сложном мире. Другие животные – пресмыкающиеся, рыбы и земноводные – тоже обладают этими структурами, но какую именно роль они играют в их организме, мы до конца еще не выяснили. Что же касается млекопитающих, их эмоций и механизмов обучения, то о них нам известно гораздо больше, отчасти потому, что это знание помогает нам понять, как устроена и как развивалась наша собственная нервная система.

Запомните: складки и впадины

Информация обрабатывается во внешнем слое головного мозга – коре больших полушарий. У некоторых животных, в частности у птиц и пресмыкающихся, эта внешняя поверхность относительно гладкая, да и размер самого мозга не особенно велик. У млекопитающих он гораздо больше и снабжен расщелинами, ложбинами и впадинами, что существенно увеличивает площадь его поверхности. Большие полушария мозга (большой мозг) отлично развиты у собак и кошек: они составляют бо?льшую часть всего головного мозга и имеют несколько глубоких складок. У обезьян полушария еще больше, чем у кошек (относительно всего мозга); складок и впадин там тоже значительно больше. У человекообразных обезьян их еще больше. Что до людей, то у них большой мозг довлеет над всем прочим мозговым веществом, а его поверхность буквально испещрена извилинами, причем некоторые его части невозможно разглядеть со стороны, поскольку они расположены прямо под ней и теряются в ее складках. Это прекрасно сочетается с нашими представлениями о том, что люди – гораздо более разумные существа, чем другие животные, если не считать китов и дельфинов, поверхность мозга которых испещрена еще бо?льшим количеством складок и впадин, чем у людей. Как это расценивать? Значит ли это, что они разумнее нас? Никто этого не знает, за исключением, возможно, самих китообразных, но они пока ничего не говорят по этому поводу.

Большой мозг

Наконец, поднимаясь снизу вверх от нижнего края мозга к верхнему (или двигаясь вдоль линии эволюционной прогрессии), мы добираемся до большого мозга. У всех млекопитающих, особенно у людей, это самая большая из всех структур (и у китообразных тоже, хотя мы до сих пор не знаем, зачем китам и дельфинам такой массивный мозг и как они его используют). У людей, безусловно, это самая важная часть от всего объема мозга, и бо?льшая часть книги посвящена различным аспектам его функционирования.

Ну а теперь давайте рассмотрим его базисную структуру: оно стоит того, ибо мы научимся ориентироваться среди его различных зон, областей и секций.

Рисунок 1.4. Полушария головного мозга

Та часть головного мозга, которую мы называем большим мозгом, – очень важный атрибут нас самих, ибо именно он делает нас людьми. Именно эта часть мозга отвечает за такие функции, как мышление, восприятие, речь, воображение и планирование, принятие решений, социализация и все прочие аспекты когнитивного и социального познания, которыми мы пользуемся чисто автоматически, даже не сознавая этого. Неудивительно, что именно эта структура преобладает над всеми другими и затмевает их, хотя и не отделена от остальных структур поверхность большого мозга сформирована из того же серого вещества и состоит из клеточных тел – нейронов и прочих клеток, которые эти структуры питают и поддерживают. Но под слоем серого вещества находится компактная масса белого вещества, состоящего из длинных волокон, или аксонов, связывающих нейроны с другими частями как большого мозга, так и головного мозга в целом. Наш мозг пронизан сетью нервных волокон, соединяющих между собой различные его части, и эта книга рассказывает о том, что именно удалось обнаружить нейрофизиологам, нейропсихологам и прочим специалистам в области изучения работы мозга с точки зрения организации этой сети и ее функциональной деятельности.

Большой мозг делится на две половины – почти так же, как огромный грецкий орех. Эти половины, соответственно левая и правая, называются мозговыми полушариями. Будучи в целом разделенными, они имеют перемычку – толстую связку, называемую мозолистым телом. Мозолистое тело – это масса нервных волокон, передающая послания с одной стороны мозга на другую с целью координации наших действий и познаний. Это крайне важно, поскольку две половинки мозга хотя и действуют заодно, но выполняют немного разные функции. Если говорить в целом, то левое полушарие контролирует правую сторону тела, тогда как правое – левую его сторону. Есть и другие различия между ними (хотя их не так много, как принято считать), но их мы рассмотрим в следующей главе.

Структурно, т. е. по физическому строению, эти два полушария мозга совершенно идентичны, поэтому названия различных зон и участков левого полушария абсолютно те же, что у правого. Поверхность мозга, как мы уже знаем, покрыта глубокими впадинами и ложбинами с бугристыми округлыми зонами между ними. Эти ложбины и выпуклости имеют свои наименования: ложбину принято именовать бороздой (sulcus), а выпуклость между ложбинами – извилиной (gyrus). Большая глубокая ложбина, разделяющая две полвины головного мозга, называется медиальной бороздой. И хотя медиальная борозда отделяет левое полушарие мозга от правого, она, однако, не разделяет их полностью: как говорилось выше, они соединены между собой мозолистым телом, но эта перемычка расположена так глубоко, что увидеть ее сверху просто невозможно.

В каждом полушарии имеются две особенно длинные и глубокие борозды. Они делят полушарие на четыре доли. Латеральная (боковая) борозда, также называемая сильвиевой щелью, тянется вдоль каждой из сторон мозга. Область, находящаяся непосредственно под ней, называется височной долей. У нее множество функций (о них мы тоже расскажем в этой книге), но самая основная и четко различимая – восприятие и обработка воспринятых звуков. Другая главная борозда – центральная; она так и называется центральной бороздой, поскольку пересекает верхнюю часть мозга, отделяя переднюю (фронтальную) часть мозга, называемую лобной долей, от задней его части, называемой теменной долей. Лобная доля отвечает за такие функции, как принятие решений, планирование и движение, тогда как теменная доля ведает различными видами сенсорной информации. Четвертая доля мозга, затылочная, не имеет борозды, в отличие от трех других; эта область, как следует из названия, располагается в затылочной части мозга и управляет такой функцией, как зрение.

Однако наиболее интересные части большого мозга скрыты непосредственно под долями, где они и таятся, компактно свернутые. Например, под большим мозгом, являясь в то же время его частью, находится тонкий, но очень широкий слой клеток, которые связывают воедино многие различные области коры головного мозга и соединяют их с многочисленными структурами лимбической системы. Этот слой называется клауструмом (от лат. claustrum – «ограда»), и многие исследователи считают, что он крайне важен для нашего сознания и всего переживаемого нами в виде связного сознания (мы вернемся к нему в главе 13 и рассмотрим более подробно).

Рисунок 1.5. Кортикальные доли и борозды

Кроме клауструма есть еще островок (insula) – складчатая зона коры головного мозга, находящаяся внутри латеральной борозды. Она тоже отвечает за сознание, в частности за социальные восприятия, такие как эмпатия, сочувствие, сострадание, самосознание и эмоциональные переживания. Более того, островок неразрывно связан с нашими контролирующими системами – системой движения и системой познания, т. е. с мышлением и памятью.

Таким образом, мозг – очень сложная структура, и изучение того, как он работает и как связаны между собой его различные подразделения, является одним из самых интересных аспектов современной науки. Поскольку в области нейробиологии постоянно совершаются новые открытия, в этой книге невозможно осветить их все, однако, как я надеюсь, они приведены здесь в достаточном количестве, чтобы дать вам представление о том, что где находится и как мозг делает нас теми людьми, которыми мы являемся.

Фокусные точки

1. Мозг начинается как продолжение простой позвонковой трубки, связывающей воедино примитивную нервную систему. По мере развития и эволюции животных он все более и более усложнялся.

2. Части мозга, непосредственно связанные с позвоночником, обеспечивают наиболее важные для поддержания жизни процессы: дыхание, сердцебиение, пищеварение и бдительность.

3. Более обширные подкорковые структуры – это таламус и мозжечок. Таламус координирует сенсорную информацию, а мозжечок – движение.

4. Лимбическая система – это совокупность небольших структур, в которую входят миндалевидная железа (миндалина), гиппокамп и базальные ядра, отвечающие за наши эмоции, память и обучение.

5. Большой мозг – самая крупная часть головного мозга человека; он делится на две половины, превалирующие над всеми другими частями мозга, а его поверхность покрыта многочисленными морщинами и складками, что существенно увеличивает ее площадь.

Следующий этап

В следующей главе мы более подробно рассмотрим, как функционируют различные части мозга и что дает нам его изучение и сканирование.

Глава 2. Как работает мозг

Из этой главы вы узнаете:

? как с помощью химических веществ и электричества клетки мозга взаимодействуют между собой;

? как мы обучаемся и какова природа нейропластичности;

? что такое латерализация мозга;

? что показывает изучение мозга;

? что дает сканирование мозга.

Клетки мозга

В главе 1 мы рассмотрели в общем и целом, какими функциями заведуют различные части мозга. В этой же главе мы рассмотрим, как эти различные части передают друг другу послания и сообщения, комбинируя свои действия таким образом, что в результате получаемся мы, т. е. живые, наделенные дыханием человеческие существа. Путем комбинации химических веществ и с помощью электричества различные части мозга общаются с телом и между собой, поэтому нам представляется вполне разумным начать эту тему с рассмотрения клеток, входящих в состав мозга.

В предыдущей главе мы говорили о том, что поверхность мозга скомпонована из серого вещества, под которым находится масса белого вещества. Белое вещество состоит из нервных волокон, передающих сообщения из одной области мозга в другую; именно так все части и взаимодействуют между собой. Нервные волокна – волокна белого цвета, поскольку они миелинизированы (см. ниже).

Бо?льшая часть клеток, составляющих серое вещество, – это интернейроны, т. е. промежуточные, или, как их иногда называют, соединительные, нейроны. Основная их цель – соединять между собой нервные клетки, так что по своей структуре они относительно просты. Интернейрон состоит из клеточного тела, снабженного многочисленными отростками, которые, вытягиваясь вовне, образуют разветвления, или дендриты. Сам длинный «стебель», тянущийся от клеточного тела, обычно называют аксоном, а дендриты – это ответвления на его конце. Каждый дендрит заканчивается небольшим наростом, называемым синаптической шишкой, которая обеспечивает связь с другим нейроном.

В нервной системе имеются и другие типы нейронов, в частности сенсорные и моторные. Цель сенсорных нейронов – подхватить сигналы, воспринятые сенсорными рецепторами (глазами, кожей, носом, ушами и т. д.), и передать их дальше, мозгу. На конце этих нейронов имеются специальные рецепторные участки, которые передают эти сигналы клеточному телу. Отсюда послание по аксону поступает в соответствующие части мозга. Другие нейроны, моторные, воспринимают послание от мозга и передают его мышцам, вызывая их сокращение. На рисунке 2.1 приведена общая структура интернейрона, однако не стоит забывать о том, что все нейроны заканчиваются дендритами, снабженными на конце синаптическими шишками.

Рисунок 2.1. Интернейрон

Помимо нейронов в мозге имеется множество других клеток, называемых глиальными клетками, или глиоцитами. Их основная функция – удерживать нейроны на месте и подпитывать их кислородом и питательными веществами. Кроме того, они устраняют мертвую нервную ткань, выводят токсичные субстанции, помогают изолировать нейроны один от другого и играют важную роль в стимуляции роста клеток. Таким образом, мозг представляет собой плотно сбитую, неделимую клеточную массу, хотя, как было показано в главе 1, в ней наличествуют вполне различимые отдельные структуры. Однако есть в мозге и большие пространства – заполненные жидкостью участки, называемые желудочками (вентрикулами). Они расположены внутри мозга, но связаны со спинным каналом – остатком прежней нервной трубки. Желудочки заполнены прозрачной спинномозговой жидкостью, чье назначение – доставлять мозгу питательные вещества, обеспечивать иммунную защиту и выводить из него продукты жизнедеятельности. Желудочки могут действовать и как амортизаторы вроде воздушных подушек, защищая от ударов некоторые наиболее жизненно важные структуры мозга.

Химические вещества и электричество