Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

В мосту, как и в продолговатом мозге, есть свой центр, контролирующий дыхание. Он координирует вдохи и выдохи с другими автоматическими движениями типа жевания и глотания, блокируя вдох, когда пища отправляется из ротовой полости в пищевод. Еще в заднем мозге находится центр, управляющий парадоксальным сном (с быстрыми движениями глаз), – об этом мы поговорим подробнее в разделе о сне.

Средний мозг

Средний мозг – самая высокоуровневая из структур мозгового ствола. Верхняя часть среднего мозга называется крышей; но состоит она не из черепицы, а из холмиков (или бугров). Всего бугров четыре: нижняя пара занимается слуховыми сигналами, верхняя – зрительными. Четверохолмие на крыше мозга играет важную роль в ориентировочных рефлексах: благодаря этим структурам мы можем быстро определить источник новых и заметных сигналов – обернуться на шум или перевести взгляд туда, где замигала лампочка. Особенность этих ориентировочных рефлексов в том, что они происходят без участия сознания. Люди, потерявшие зрение из-за повреждений зрительной коры, тем не менее фиксируют взгляд на неожиданной яркой вспышке света, хоть и не осознают того, что что-то увидели. Все потому, что зрительная информация достигает верхних холмиков независимо от зрительной коры.

Еще выше четверохолмия находится эпифиз – так называемый третий глаз. Он маркирует верхнюю границу между таламусом и стволом, снизу граница проходит вдоль зрительного тракта. Эпифиз чувствителен к световому режиму – тому, когда и сколько света мы видим в течение дня.

В темноте эпифиз вырабатывает мелатонин, который работает как мягкое снотворное, синхронизируя суточные ритмы активности с режимом освещения.

В среднем мозге полость четвертого желудочка сужается и формирует узкий канал со спинномозговой жидкостью под крышей мозга – водопровод. Крыша мозга – это его «потолок», а «пол» этого канала выстилает покрышка мозга. Она состоит из ядер для третьего и четвертого черепных нервов, которые как раз управляют движениями глаз, и представляет собой часть ретикулярной формации (см. ниже).

Отделы среднего мозга участвуют в управлении движениями глаз: они особенно важны для вертикальных движений зрачков, а также контролируют их размер, позволяя глазу адаптироваться к темноте или яркому свету. Здесь также есть центры, связанные с позой и локомоцией. Можно сказать, что все отделы ствола мозга контролируют положение нашего тела в пространстве, но каждый из них играет свою особую роль. Например, повреждения продолговатого мозга могут нарушить чувство равновесия – человек в этом случае постоянно раскоординирован и теряет баланс, мучаясь от головокружений. Повреждения на уровне среднего мозга тоже нарушают контроль положения тела, но в этом случае человек скорее будет принимать ненормальные, но стабильные позы, не теряя равновесия.

В глубине среднего мозга есть небольшой канал для спинномозговой жидкости – это водопровод (или Сильвиев водопровод). Спинномозговая жидкость омывает мозг, поддерживает нужный водно-солевой баланс и снабжает нервные клетки всем необходимым (например, в ней содержатся нейроэндокринные факторы, необходимые для нормальной работы нервных клеток), а еще она работает канализацией, отводящей от нервных клеток продукты жизнедеятельности и токсины. Закупорка этого канала чревата гидроцефалией, то есть избыточным накоплением жидкости в мозге, увеличенным внутричерепным давлением и другими неприятностями. Кроме того, вокруг этого канала сосредоточена важная группа нервных клеток – центральное серое вещество (ЦСВ).

В центральном сером веществе есть нейроны, производящие естественные анальгетики мозга – энкефалины, способные регулировать восприимчивость к боли. Например, очень важно снизить болевую чувствительность, когда предстоит схватка с врагом или бегство от хищника: в таких напряженных условиях все силы и внимание необходимо сосредоточить на противнике – отвлекаться на ссадины и царапины, когда убегаешь от собаки или отбиваешься от хулигана, не только глупо, но и опасно. Когда угроза уйдет, можно будет оценить размер ущерба, а пока погоня или драка не окончены, надо сделать все возможное, чтобы выстоять и оказаться в безопасности.

Внутри мозга нет рецепторов, поэтому операции на мозге нередко проводят в сознании – человек ничего не чувствует.

Еще центральное серое вещество активно участвует в управлении разными формами защитного поведения. От того, какие клетки активны внутри ЦСВ, критически зависит наша реакция на угрозу. Как известно, есть те, кто в момент опасности скорее мобилизуется и бежит/дерется, а есть те, кто при встрече с угрозой застывает на месте и не способен пошевелиться. Так вот, когда у нас неприятности, активную жизненную позицию обеспечивают нейроны ЦСВ, расположенные сверху и по бокам от канала со спинномозговой жидкостью, а вот за паралич воли отвечают нейроны снизу (чуть ближе к месту соединения со спинным мозгом). В такой реакции на опасность тоже есть свой смысл: иногда «прикинуться ветошью» и переждать гораздо разумнее, чем кидаться наутек, гарантированно привлекая к себе внимание врага. К сожалению, когда речь доходит до выбора стратегии поведения, древние структуры в продолговатом мозге руководствуются своей внутренней логикой и совершенно не прислушиваются к тем доводам, которые появляются на следующих уровнях иерархии. Как бы мы ни убивались по поводу того, что не смогли пошевелиться от страха, когда надо было отважно кинуться в схватку (ведь правда на нашей стороне), скорее всего, в следующий раз по-настоящему серьезная буря эмоций опять отключит доводы разума, предоставляя управление горстке нейронов в самой глубине мозга [5].

Ретикулярная формация

Вдоль всего ствола мозга проходит ретикулярная формация – это нервная ткань, в которой нейроны и их отростки расположены хаотично, а не упорядоченными группами и отходящими от них пучками, как в остальном мозге [6, 7]. Это придает нервной ткани сетчатую структуру: «ретикулярный» и переводится с латыни как «сетчатый». Ретикулярная формация объединяет части продолговатого мозга, моста и среднего мозга в единую систему, идущую от спинного мозга к таламусу. Она способна менять режим работы всего организма, регулируя уровень бодрости и концентрации внимания, которые человек способен проявить.

Ретикулярная формация проходит через сердцевину ствола мозга и получает информацию от всех сенсорных и двигательных систем и отделов мозга, расположенных неподалеку. Это одна из древних систем выживания, которая координирует рефлексы и простые формы поведения, она задает ритм сердечных сокращений, управляет чередованием вдохов и выдохов, контролирует темп выполнения простых стереотипных движений.

В ретикулярной формации находятся группы клеток, вырабатывающие важные нейромедиаторы – ацетилхолин и моноамины серотонин, дофамин и норадреналин. Они связаны с мотивацией, настроением, энергичностью, возбуждением. Здесь же расположены группы нервных клеток, контролирующие пульс, артериальное давление и пищеварение, восприятие боли, частоту и глубину дыхания (когда мы не следим за вдохами и выдохами), положение и перемещение тела в пространстве, напряженность мышц, режим сна и бодрствования. Кроме того, координируются процессы, способные по первому тревожному сигналу быстро перевести человека в режим боевой готовности: только что человек клевал носом, развалившись на диване, не мог сосредоточиться на книге, но вдруг страшный грохот в соседней комнате словно переключает невидимый тумблер. Человек тут же вскакивает, напряженно оглядываясь: сон как рукой сняло, сердце бешено стучит, все внимание поглощено тем, что же случилось за дверью. Такую неспецифическую реакцию на неожиданные и заметные внешние стимулы обеспечивает как раз активирующая система внутри ретикулярной формации.

Черепные нервы

Все черепные нервы, за исключением первых двух пар – обонятельного и зрительного, – входят в мозг на уровне мозгового ствола [5]. Черепные нервы – обязательный пункт программы для студентов, изучающих нейробиологию: во-первых, через них мозг получает информацию от органов чувств: обонятельный, преддверно-улитковый и зрительный нервы несут информацию о запахах, звуках и том, что происходит в поле нашего зрения, а отдельные части лицевого, языкоглоточного и подъязычного нервов отвечают за вкусовое восприятие. Кроме того, через черепные нервы мозг управляет мышцами головы и шеи. Благодаря этому мы можем не только жевать, показывать язык и улыбаться, но и переводить взгляд с объекта на объект, а еще крутить головой и пожимать плечами. Единственная белая ворона в дружной семье черепных нервов, контролирующих голову и шею, – это блуждающий нерв. Он тоже берет на себя некоторые «головные» функции – иннервирует глотку и гортань, собирая сенсорную информацию и передавая обратно двигательную. Однако самые длинные его отростки уходят далеко вниз, к органам грудной клетки и брюшной полости: он успокаивает пульс, расслабляет кровеносные сосуды и активизирует пищеварение, когда организм переключается из режима «бей и беги» в режим «отдыхай и переваривай».

У человека 12 пар черепных нервов, и 10 из них отходят от ствола головного мозга

Черепные нервы оканчиваются в ядрах – специализированных группах клеток, которые получают или отправляют информацию по своим нервам. Ядра, расположенные в стволе мозга, чрезвычайно важны для нормальной работы всех черепных нервов, за исключением обонятельного.

Бабочка, запертая в скафандре

«Скафандр и бабочка» – это название книги, которая вышла во Франции 7 марта 1997 года. Ее автор, Жан-Доминик Боби, диктовал текст рукописи в течение многих месяцев, будучи запертым в собственном теле [4].

Боби работал главным редактором журнала Elle до декабря 1995 года, когда в результате обширного инсульта в области ствола головного мозга он впал в кому. Через 20 дней он пришел в сознание, однако обнаружил, что не может пошевелиться – повреждения в области моста привели к полному двигательному параличу. Инсульт разъединил верхнюю часть ствола и переднюю часть мозга с тем, что располагалось ниже: нижней частью ствола, спинным мозгом и остальным телом. Помимо того что Боби не мог пошевелить телом, он не был способен жевать и глотать и за 20 недель потерял 27 кг. Единственное, чем Боби мог управлять произвольно, были движения левым глазом.

Несмотря на тяжесть своего состояния, Боби полностью сохранил высшие нервные функции: он продолжал чувствовать и мыслить, мучительно переживая то, что теперь бабочка его разума заперта в скафандре тела, управлять которым он больше не мог.

Инсульт в области моста частично повредил способность Боби ощущать свое тело и лицо, но не до конца: он чувствовал онемение, покалывание и жгучую боль в отдельных частях тела.

Жан-Доминик Боби хотел поделиться с миром своей историей. Используя для связи с миром единственную возможность произвольного движения – моргание глазом, – Боби смог надиктовать текст своей книги с помощью ассистентки. Она диктовала буквы французского алфавита, а Боби моргал, когда слышал нужную ему букву.

«До тех пор мне никогда не доводилось слышать о мозговом стволе. В тот день я совершенно неожиданно обнаружил для себя эту основную деталь нашего бортового компьютера, непременную связующую нить между мозгом и нервными окончаниями, когда сердечно-сосудистое нарушение вывело вышеупомянутый ствол из строя. Прежде это называли кровоизлиянием в мозг, и от этого попросту умирали. Развитие реанимационных технологий усовершенствовало кару. Выжить можно, но при этом заполучишь то, что англосаксонская медицина и окрестила как раз locked-in syndrome: парализованный с головы до ног пациент замурован в собственном теле, он мыслит, но этого не видно, и единственным средством общения становится левый глаз, которым человек может моргать» [8].

Спустя два дня после выхода своей книги Жан-Доминик Боби умер от пневмонии. Его книга стала бестселлером: она была издана в 30 странах миллионными тиражами.

Полтора года жизни, уготованные безголовому цыпленку Майку, сохранившему невредимым ствол и лишившемуся передних отделов мозга, и полтора года жизни, которые суждено было прожить писателю Жану-Доминику Боби после повреждений в стволе, разительно отличались – как отличаются и задачи тех отделов, что поддерживали в них эту жизнь.

Глава 2

Что находится выше мозгового ствола? Краткий путеводитель по строению мозга

Рассказ о мозге невозможен без знакомства с терминологией. Если мы хотим научиться ездить на автомобиле, неплохо бы отличать капот от багажника, пассажирское кресло – от кресла водителя, выучить, где находятся педали тормоза, газа и переключения передач, а также названия и смысл деталей, рычагов и кнопок, которые придется использовать водителю. Иначе инструктор просто не сможет объяснить нам, как всем этим пользоваться.

С мозгом примерно так же: наша психика устроена очень сложно, а мозг «оборудован» множеством важных штучек, отвечающих за те или иные процессы.

Задачи, кажущиеся простыми, решаются благодаря сложным процессам внутри мозга, большинство из которых мы даже не осознаем.

Казалось бы, чего проще – узнать знакомого в толпе людей; найти нужный подъезд в незнакомом районе по сбивчивым описаниям родственников; сразу понять, что сегодня не стоит заводить разговор с начальником о повышении зарплаты или пройти по бордюру в обход лужи, перескочив по пути особо грязную и скользкую секцию, и не потерять равновесия. Однако все это процессы невероятной сложности – разработчикам компьютеров не удается добиться таких высот от роботов, хотя те могут мгновенно вычислить корень четвертой степени из ста сорока семи или извлечь из памяти файл, загруженный на жесткий диск семь с половиной лет назад (и даже выдать список всех файлов, созданных или измененных в тот день).

В общем, наш мозг – удивительный и сложный орган, который умеет справляться с невероятным разнообразием хитроумных задач (хоть они и кажутся нам заурядными и простыми). Чтобы в самых общих чертах описать, как устроен и работает наш мозг, нужно для начала знать названия основных частей и отделов, о которых пойдет речь дальше[4].

Общее устройство мозга отражает процессы его формирования. Наша нервная система состоит из головного и спинного мозга и множества нервных волокон, которые соединяют их со всеми органами и тканями. У зародыша нервная система изначально закладывается как бороздка из складок кожи на спине. Этот желобок углубляется, а затем окончательно погружается в толщу тела и становится нервной трубкой, дающей начало спинному мозгу, расположенному в глубине позвоночника. В полости этой трубки находится спинномозговая жидкость, которая очень важна для нормальной работы нервной системы.

Наш головной мозг развивается из системы пузырей на конце нервной трубки – она сложным образом сворачивается и изгибается внутри зародыша, поскольку места в голове не так уж и много. Но если мысленно выпрямить развивающийся головной мозг, можно разобраться, к каким отделам относятся разные его структуры. У человека конечный мозг разрастается особенно сильно – это то, что мы называем большим мозгом или большими полушариями мозга. По мере развития большого мозга почти все остальные его отделы прячутся под «шапкой», к тому же еще изгибаются вслед за направлением роста, образуя систему дуг и арок (это можно заметить на следующей картинке). Полости со спинномозговой жидкостью внутри пузырей образуют желудочки головного мозга.

Спереди на конце нервной трубки формируется пузырь (точнее, сразу несколько, расположенных один за другим): это «заготовка» для будущего головного мозга. Постепенно его форма усложняется, а по бокам формируются все более сложные отростки. Передний отдел разрастается особенно сильно, вырастая сначала вверх и немного загибаясь назад, – именно так закладывается и начинает расти головной мозг. Однако отделы, расположенные под покровом конечного мозга, не так уж сильно отличаются у людей по сравнению с другими млекопитающими. Чем ближе к спинному мозгу, тем больше сходство в строении и работе отделов мозга. Общий принцип строения головного мозга позвоночных животных можно описать так. В центре у основания головного мозга расположены самые древние отделы, которые появились в эволюции раньше всего и отвечают за простые автоматические процессы и формы поведения. Ближе к конечным отделам по мере продвижения к поверхности мозга появляются все более сложные отделы, тут выше изменчивость в строении и назначении – это те отделы, которые появляются в эволюции намного позже и во многом обеспечивают специфические для каждого вида задачи [1].

Через мозговой ствол курсирует значительная часть информации, передаваемой от мозга к органам.

Неровная и бугристая, изрезанная бороздами и извилинами часть, которую иногда принимают за собственно мозг, – это все-таки лишь одна из частей нашего головного мозга. Неудивительно, что ее называют большим мозгом (как бы противопоставляя маленькому мозгу – мозжечку). Снаружи большой мозг покрыт корой – серым веществом толщиной несколько миллиметров, в котором «сидят» тела нервных клеток, в то время как их длинные отростки образуют белое вещество[5] под поверхностью коры. Кора большого мозга разделена на два полушария – правое и левое. Они соединены крупными пучками проводящих путей, через которые оба полушария обмениваются информацией – это мозолистое тело.

Хотя большинство людей не задумываются о том, что еще есть в головном мозге, кроме двух больших полушарий, «под покровом» большого мозга скрывается множество других очень важных структур. Не все, что находится под поверхностью коры, относится к белому веществу, которое только проводит информацию, – внутри есть «начинка» из серого вещества, разделенная на множество мелких и крупных включений. Такие скопления тел нервных клеток обычно компактно расположены и называются подкорковыми ядрами. Каждая пара ядер внутри мозга – по одному справа и слева – выполняет собственные задачи, образуя сети с другими подкорковыми структурами и участками коры.

Весь мозг представляет собой гигантскую сеть распространения и обработки сигналов, состоящую из десятков миллиардов узлов – отдельных нейронов, сгруппированных в разных отделах подкорки и коры в соответствии с теми задачами, которые они выполняют.

Вообще говоря, именно подкорковые ядра чрезвычайно важны для многих ключевых задач, которые решает мозг, обеспечивая наше выживание и жизнедеятельность. А кора, в свою очередь, отвечает за все наши чисто человеческие функции, которые разительно отличают нас от животных. В коре есть участки, где формируются речь, арифметические навыки, умение читать и способности к абстрактному и логическому мышлению. Кора головного мозга (неокортекс) обеспечивает прежде всего обучение новому.

Тем не менее оказалось, что жить можно и без коры головного мозга (правда, в этом случае речь идет не о людях, а о братьях наших меньших – зверях с более просто устроенным неокортексом). В первой половине XX века ученые проводили эксперименты на животных, изучая как в мозге формируются условные рефлексы и где происходит обучение. В этих экспериментах крысам, кроликам и собакам полностью удаляли кору с поверхности головного мозга, а после восстановительного периода изучали их поведение. Оказалось, что звери вполне способны выжить и прожить довольно долгое время после того, как им полностью удалили кору [2]. Все потому, что базовые программы поведения, включая рефлексы, стандартную повседневную активность и даже мотивацию и настроение животных, кодируют подкорковые структуры мозга.

Что находится внутри полушарий большого мозга?

Промежуточный мозг: таламус, гипоталамус, гипофиз

В основании больших полушарий лежит промежуточный мозг, чью основу составляют таламус и гипоталамус. Это небольшая отдельная часть в составе переднего мозга наряду с конечным – к нему как раз относятся большие полушария и еще несколько структур внутри них.

Мозговой ствол, о котором мы говорили в предыдущем разделе, сверху упирается в два овальных таламуса. Они расположены практически в самой сердцевине мозга и соединяют органы чувств (кроме обоняния) с другими его отделами.

Таламус – своеобразный информационный центр управления внутри переднего мозга [3]. Почти вся информация от органов чувств (за исключением запаховой) сначала попадает в таламус, проходит там начальную обработку и сортировку и только после этого отправляется в свой отдел коры головного мозга. Обоняние – единственное исключение из правил: обонятельные луковицы, отвечающие за вкусы и запахи, относятся к лимбической системе (о ней мы еще поговорим подробнее) и отправляют информацию непосредственно к обонятельной коре в обход таламуса.

Внутри таламуса находится два десятка различных ядер, каждое из которых отвечает за свой набор задач. Часть ядер работает в основном с внешней информацией от органов чувств, другие участвуют в двигательном контроле, есть отделы, соединяющие друг с другом различные участки коры больших полушарий. Что происходит с информацией, которая попала из таламуса в кору? После обработки она опять поступает в таламус, и он вновь оценивает ее, выделяя в огромном сенсорном потоке сигналы, на которые сейчас стоит обратить внимание, и отсеивая те, что пока можно проигнорировать.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Карбид чрезвычайно бурно реагирует с водой, выделяя горючий ацетилен и тепло, поэтому эту смесь используют для сварки, а не наполняют ею огнетушители! – Прим. авт.

2

Премия Дарвина – это ежегодная виртуальная антипремия, которую присуждают людям, погибшим самыми идиотскими способами. Таким образом, победители исключают свои гены из генофонда человечества, увеличивая шансы на выживание нашего вида в будущем (это официальный, хоть и не бесспорный критерий присуждения награды, описанный на сайте премии). – Прим. авт.

3

Карликовый шимпанзе. – Прим. ред.

4

Надо сказать, что знание анатомии мозга – ценный навык и полезный маркер/признак, который помогает хотя бы примерно оценить компетентность человека, рассуждающего о мозге. Когда я зарегистрировалась на «Клабхаусе» и стала ходить по разным тематическим комнатам, где обсуждали психологию и связанные с ней темы, обратила внимание на то, что большинство «экспертов», назидательно рассказывающих что-то про нейробиологию, в 99 случаях из ста говорят просто «мозг». «Наш мозг хочет», «мозг решает», «мозг знает», «мозг управляет», «в мозге то», «в мозге это». На мой взгляд, человек, который хотя бы немного понимает в нейробиологии, будет более конкретен в описаниях: «префронтальная кора не может пересилить лимбическую систему, и вы идете на поводу у эмоций», «миндалина сигналит об опасности, и вы не можете перебороть страх собеседований», «кора переутомлена, и базальные ганглии включают режим автопилота, вот вы и забываете зайти в магазин после работы». Такие объяснения – тоже упрощения, далекие от точного описания нейробиологических процессов, но все же знание анатомии мозга увеличивает шансы, что человек перед вами более компетентен и примерно понимает, как работает мозг. Это как если человек говорит вам о поломке машины, но не может уточнить, где находится неисправность и какие детали, скорее всего, придется заменить, вы вряд ли поверите, что он автомеханик: вероятно, он обычный профан, и вряд ли стоит всерьез воспринимать его советы. – Прим. авт.

5

Белый цвет белому веществу придает миелин – это что-то вроде изоляции на электрических проводах, только эта изоляция обязательно имеет прорехи (перехваты Ранвье) и образована специальными клетками, оборачивающимися вокруг нервных отростков. Окруженные миелином нервные волокна быстрее распространяют сигнал, который мгновенно перескакивает с одного открытого участка (перехвата Ранвье) на другой, вместо того чтобы медленной волной распространяться вдоль отростка, как это происходит с немиелинизированными нервными волокнами. Такой же принцип использовали китайцы для передачи сигналов вдоль Великой Китайской стены. Вместо того чтобы отправлять гонца с сообщением на многие километры пути вдоль стены, строители оборудовали ее сигнальными башнями; когда кто-то из охранников замечал какую-то угрозу, в ближайшей башне немедленно зажигали огонь, его замечали в соседних башнях, и там тоже появлялись огни. За несколько десятков минут сигнал тревоги распространялся на сотни километров вдоль всей стены. Перехваты Ранвье работают чем-то вроде сигнальных башен, только сигнал они распространяют не огнями, а перепадами электрического напряжения на мембране (потенциалами действия).