скачать книгу бесплатно
Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове
Елена Михайловна Белова
Сенсация в медицине
1,3 килограмма – таков средний вес человеческого мозга. Однако эта «малютка» в нашей голове потребляет 20 % всей энергии, которую мы получаем в течение дня. С чего бы такое расточительство, когда функционирование других органов нашего тела не менее важно для полноценной жизни?
Разобраться в этом, а также в других вопросах решила биохимик, биоинформатик и нейрофизиолог Елена Белова. Вместе с ней вы посмотрите на мозг с самых разных сторон и узнаете, пожалуй, все, что известно о нем ученым на данный момент. Можно ли выжить без головы? Почему среди людей с феноменальной памятью много аутистов? Какая из частей мозга отвечает за распознавание эмоций и что будет, если ее отключить? Почему мы отвлекаемся и ленимся (и можно ли обойтись без этого)?
Итак, вы готовы отправиться в путешествие по извилистым дорожкам нашего «бортового компьютера»?
В формате PDF A4 сохранён издательский дизайн.
Елена Белова
Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове
Моим учителям
© Белова Е.М., текст, иллюстрации, 2021
© ООО «Издательство «Эксмо», 2022
Пролог: почему самоубийства удивляют сильнее квантовой физики
Голова – предмет темный и исследованию не подлежит.
Цитата из к/ф «Формула любви»
В 2017 году в селе Целинное в Курганской области произошла трагедия: 40-летний сварщик был убит взрывом. На территории предприятия по строительству и ремонту автодорог, где он работал, сварщик обнаружил списанную гаубицу и решил проверить, может ли она стрелять. Он не придумал ничего умнее, чем наполнить огнетушитель карбидом[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.] с водой и зарядить им гаубицу. Взрыв самодельного снаряда почти оторвал ему голову.
Надо сказать, дикие обстоятельства этой истории заинтересовали не только Следственный комитет и новостные сайты. Неудачливый сварщик-артиллерист из российской глубинки стал одним из победителей премии Дарвина в 2017 году[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.]. Компанию нашему соотечественнику составили другие, не менее достойные кандидаты: малазийский маг, сваривший себя заживо в гигантской сковороде с рисом и кукурузой во время ритуала очищения тела и души; две мексиканские девушки, решившие сделать селфи прямо на взлетно-посадочной полосе действующего аэропорта и убитые крылом приземляющегося самолета; грабитель, который решил пробраться в аптеку через крышу, по пути застрял и был задушен собственной одеждой, и еще десяток оригиналов, умудрившихся убиться разными необычными способами.
Люди завороженно читают истории победителей премии, недоумевая, как до такого вообще можно додуматься! Что происходит в головах у людей, когда они запихивают огнетушитель с взрывоопасной смесью в гаубицу или запирают себя в гигантской сковородке, стоящей на огне? Однако, если вдуматься, удивляет нас не изобретательность героев этих историй, точнее, не только она. Изобретательностью мало кого удивишь: люди смогли додуматься до теорий эволюции и относительности, радиоэлектроники и рентгенографии, блокчейна и виртуальной реальности, разобраться в строении атома и устройстве космоса. Человечество умеет придумывать куда более невероятные штуки, чем селфи в смертельно опасных местах. Но мы все равно завороженно читаем о фатальных глупостях, которые совершают люди по всему миру, и поражаемся им намного больше, чем изящным научным теориям и прорывным технологиям. Почему?
Средний вес человеческого мозга – 1,3 кг.
Все дело в том, что мозг нужен в первую очередь для выживания. Слух, зрение и обоняние помогают мозгу понять, что происходит вокруг, и быстро сориентироваться, где может быть опасность, а где можно от нее укрыться. Мозг посылает команды мышцам и управляет руками и ногами (или лапами, крыльями и хвостом), чтобы добежать до укрытия и не угодить в лапы к хищнику. Память помогает мозгу хранить информацию о том, чем лучше питаться и куда отправиться, чтобы добыть себе пищу, как добраться до водопоя и где поджидают опасности. Животные обзавелись мозгом потому, что он повышает шансы избежать неприятностей и благополучно дожить до того момента, когда можно будет оставить свои гены потомкам, чтобы они потом передали эту эстафету дальше.
Конечно, дело не ограничивается только мозгом: поговорка «Сила есть – ума не надо» намекает на то, что в природе есть множество способов занять свое место под солнцем. Кто-то пытается добиться своего силой, другие ставят на скорость («Сначала догони, потом убей»), броню или ядовитость – у каждого животного своя суперсила. Люди лишены мощных когтей, зубов и бронированных покровов, способных защитить от опасности; мы не умеем летать и не слишком быстро бегаем, мы великоваты, чтобы хорошо прятаться, и слабоваты, чтобы не приходилось этого делать.
Наше супероружие – разум. Люди анализируют ситуации и используют накопленный опыт, чтобы извлекать знания о том, как устроены вещи, а знания – чтобы решать проблемы и достигать своих целей. Человек не приспосабливается к окружающей среде – он приспосабливает ее под свои нужды. Мы заселяем пригодные и непригодные для обитания человека пространства и почти сразу создаем максимально комфортные для себя условия – с канализацией, отоплением, вайфаем и доской для мотивирующих стикеров.
К человеческому разуму прилагается еще одно незаменимое дополнение – речь. Люди не просто размышляют и накапливают знания, они обмениваются ими друг с другом. Информация – очень классная штука: делясь с другими, ты ничего не теряешь и можешь продолжать пользоваться ею дальше сколько угодно. Обмениваться знаниями очень выгодно: не обязательно самому совать руку в розетку, чтобы узнать, к чему приводит удар электрическим током. Мы можем пользоваться лайфхаками, придуманными кем-то еще, и избегать неприятностей, в которые вляпались другие, потому что нам рассказали об этом. Люди с интересом читают истории чужих несчастий, чтобы самим не угодить в беду.
Премия Дарвина – это подборка максимально нелепых историй, показывающих, что бывает, когда люди не задумываются о последствиях своих действий. И дело тут не в генах, а в банальном невежестве.
Обычно люди стараются прикинуть, к чему могут привести их действия, а если им не хватает информации, они стараются ее найти – самостоятельно или спрашивают тех, кому доверяют.
Знания бывают узкоспециализированными и универсальными: инструкции и рецепты объясняют, как действовать в конкретной ситуации, а универсальные знания – как вообще устроен мир. Такие знания помогают справляться с разными задачами, но требуют более широкого кругозора. Например, любители географии сориентируются без компаса на незнакомой местности, а зная биологию, человек не будет лечить вирус антибиотиками, предназначенными для бактериальных инфекций. Такие универсальные знания производит наука: с помощью наблюдений и экспериментов она проверяет, насколько работает то или иное объяснение и годится ли оно для предсказания явлений и процессов в будущем.
Наука отбирает полезные знания, которые помогают объяснять мир, и использует их в интересах человечества.
Лишь недавно наука разработала подходы, позволяющие исследовать человеческий мозг, не вскрывая череп, а еще технологии, способные добраться до любого нейрона в мозге животных и повлиять на его работу. Теперь нейробиологи ежегодно поражают людей новыми удивительными открытиями. Чтение мыслей, мозговые чипы, управляющие роботами, возвращение зрения и слуха – все это уже перебирается из области фантастики в сферу передовых нейротехнологий. И параллельно мы узнаем все больше о работе мозга. Наука помогает понять, как работает человеческий мозг, как мы воспринимаем мир и принимаем решения, какие процессы происходят за границами осознаваемого и как образ жизни и привычки влияют на наш мозг.
В этой книге я постаралась рассказать, как устроен мозг человека: чем заняты различные отделы внутри мозга, как мозг поддерживает процессы жизнедеятельности, каким образом в нем уживаются эмоции и холодный расчет, почему наше зрение иногда нас обманывает, как мы учимся новому и чем отличаемся от роботов и компьютеров. Надеюсь, что она поможет читателям лучше понять себя, разобраться с тем, как работает наша психика, увидеть особый смысл в таких простых, на первый взгляд, вещах, как сон и безделье, проникнуться сложностью и изяществом работы самого главного органа в человеческом теле, который делает нас людьми, – головного мозга.
Как устроен наш мозг
Глава 1
Что находится в основании мозга
Жизнь без головы: когда реальность оказывается невероятнее фантастики
10 сентября 1945 года фермер Ллойд Олсен отрубил голову цыпленку, как делал сотни раз до этого. Обстоятельства произошедшего обезглавливания противоречивы: одни источники утверждают, что цыпленок был предназначен для семейного ужина, другие говорят, что он был одним из десятков цыплят для продажи на мясном рынке [1, 2]. Как бы то ни было, мы точно знаем одно: на этот раз топор фермера прошел немного выше, чем обычно, и после обезглавливания цыпленок убежал с места расправы (вообще-то такое часто бывает с курами). Однако дальше случилось небывалое: Олсен оставил цыпленка на ночь в закрытой коробке, и когда на следующее утро вышел проверить, что с ним, обнаружил, что цыпленок все еще жив. Он спокойно переночевал, спрятав под крылом шею и то, что осталось от головы, и вроде бы совершенно не собирался помирать в ближайшее время.
Олсен дал необычному цыпленку имя Майк. Майк мог ходить и довольно ловко балансировать на жердочке, кроме того, он порывался кукарекать и чистить перья, но это уже выходило не так удачно. Заинтригованный фермер решил посмотреть, как долго сможет прожить цыпленок без головы. Он стал поить его через пипетку смесью воды с молоком и кормить, помещая зерна и червяков пинцетом прямо в пищевод Майка. Кроме того, Олсен регулярно удалял слизь.
Через неделю, когда стало ясно, что умирать в ближайшее время Майк так и не собирается, Олсен повез его в Университет Юты в Солт-Лейк-Сити. Ученые обследовали цыпленка и обнаружили, что основные системы жизнеобеспечения и рефлекторные центры в стволе головного мозга не были задеты, что и позволило Майку выжить.
Новость о случившемся быстро распространилась по местным газетам, а Олсен начал гастролировать с Майком, участвуя в представлениях бродячих цирков с необычным петухом. Олсен и Майк стали настоящими знаменитостями: их история и фотографии появились на страницах многих американских журналов. Умер Майк только через полтора года из-за случайности. По одной из версий, в трахею Майка каким-то образом попало зернышко, перекрыв доступ кислорода, и цыпленок задохнулся; по другой – трахею забила слизь, которую Олсен регулярно удалял, чтобы покормить цыпленка.
Он прожил без головы полтора года
* * *
Как же Майку удалось выжить? Лезвие топора не задело яремную вену, и цыпленок лишился лишь части головы: то, что было ближе к шее, включая ствол головного мозга, осталось невредимым. Кроме того, цыпленку еще раз крупно повезло: кровяной сгусток на отрубленной шее образовался достаточно быстро, предотвратив массивную кровопотерю, которая могла бы закончиться смертью птицы.
Курицы – довольно безмозглые птицы, у них в принципе нет извилин и вообще не так уж много серого вещества выше уровня глаз – основная масса нервной ткани находится как раз в основании черепа.
Скорее всего, фермер удалил не более пятой части мозга Майка, оставив неповрежденными примерно 80 % мозга по массе (и, как выяснилось, почти 100 % по функционалу) [2].
Как известно, куры совершенно не отличаются сообразительностью и полагаются в основном на рефлексы и простые автоматические действия – этого достаточно, чтобы спать, ходить, находить в земле и клевать еду (тут Майку мешало скорее отсутствие клюва, а не мозгов), пытаться чистить перья (опять-таки, не хватало клюва) и убегать в случае опасности.
Чтобы жить жизнью курицы, вовсе не обязательно иметь кору головного мозга – с большинством задач они справляются безо всякого обучения и мышления, полагаясь на врожденные программы поведения, «зашитые» на подкорке.
Самые важные для выживания и поддержания жизнедеятельности структуры расположены ближе к шее – они называются «ствол головного мозга».
Как устроен ствол головного мозга
Хотя внешние очертания головного мозга по мере его развития меняются до неузнаваемости, в общем плане его строения есть практически неизменные характерные особенности, вне зависимости от того, чей именно мозг мы рассматриваем (конечно, если дело касается позвоночных животных). По иронии судьбы у безголового Майка как раз уцелевшие отделы мозга были сравнительно похожи по строению на такие же отделы в человеческом [3]. С другой стороны, те части, которых лишилась эта очень везучая курица, у человека, наоборот, чрезвычайно разрослись и занимают внушительную часть общего объема – благодаря им мы гораздо умнее не только кур, но и более мозговитых шимпанзе, бонобо[3 - Карликовый шимпанзе. – Прим. ред.] и горилл.
Цыпленок Майк прожил полтора года без головы и умер лишь из-за досадной случайности.
Ствол мозга расположен в самом основании черепа: если смотреть снизу вверх, он идет от спинного мозга, спрятанного внутри позвоночника, и упирается в парную структуру – правый и левый таламусы (вместе с большими полушариями они относятся уже не к стволу, а к переднему мозгу). В стволе мозга происходит интеграция информационных потоков от головы к телу и от тела к голове, контроль основных жизненных функций, оценка общего состояния организма и поддержание нужного уровня бодрости. От ствола мозга отходят десять из двенадцати пар черепных нервов, которые в основном участвуют в обмене информации с головой и шеей, однако один из этих нервов – блуждающий – в том числе управляет работой гладких мышц в грудной клетке и брюшной полости.
Строение ствола головного мозга довольно схоже у птиц и людей
Если черепные нервы в основном соединяют мозг с головой и шеей, то большая часть сообщения с телом ниже шеи происходит через спинной мозг. Его можно представить как магистральное шоссе, соединяющее мозг с остальным организмом: через него проходят пучки афферентных нервных отростков (они сообщают отделам головного мозга о том, что происходит с телом) и пучки эфферентных нервных волокон (передают информацию от мозга обратно к телу). Основную часть этих эфферентных путей составляют отростки мотонейронов, которые управляют мышечными сокращениями, – например, дирижируют мельчайшими сокращениями мышц пальцев, когда нам необходимо перелистнуть страницу книги или напечатать сообщение другу, или координируют мышцы ног, корпуса и рук, когда спортсмен пытается установить рекорд по прыжкам в высоту. Однако в спинном мозге есть и проводящие пути вегетативной нервной системы. Она управляет состоянием внутренних органов и кровеносных сосудов и настраивает режим работы организма: начиная от максимальной боевой готовности, необходимой спортсмену во время соревнований, вплоть до полной расслабленности и покоя, которые особенно хороши, когда нужно восстановить запас сил, переварить съеденную пищу или подремать.
Продолговатый мозг – ворота в головной мозг человека
Где именно заканчивается спинной мозг и начнется головной (продолговатый), определить не так-то просто. Никакой четкой границы нет: все выглядит так, словно спинной мозг постепенно утолщается и разрастается, плавно переходя в следующий отдел. Обычно границу проводят на уровне затылочного отверстия – там, где тяж нервной ткани выходит за пределы черепа. Немного выше на поверхности ствола уже появляются многочисленные отдельные парные «веточки» черепных (или черепно-мозговых) нервов, о них мы поговорим чуть ниже. Продолжая сравнение с деревом, можно сказать, что «крона» головного мозга находится еще выше, скрывая от взгляда исследователя самую верхнюю часть ствола. По большому счету, ствол мозга – это полноправная (и, как мы убедились, чрезвычайно важная) часть головного мозга. Даже небольшие повреждения на этом уровне грозят по-настоящему тяжелыми и трагическими последствиями, чего не скажешь о большинстве других отделов [4].
Мозговой ствол – это входные ворота практически для всей информации, поступающей в мозг. Через них же информация отправляется и в обратном направлении: от мозга ко всем органам и тканям.
Поверхность тела особенно богата всевозможными рецепторами, которые определяют температуру (терморецепторы), силу натяжения или давления на поверхность кожи (механорецепторы) и всевозможные повреждения в тканях (болевые рецепторы). Механорецепторы есть не только на коже; специальные их типы расположены в стенках кровеносных сосудов, сердца и полых органов типа желудка (благодаря этому мы чувствуем тяжесть, когда съели слишком много). Механорецепторы в мышцах и связках помогают мозгу оценить, насколько напряжена каждая мышца и как они расположены относительно друг друга. Такие мышечные механорецепторы называются проприоцепторы – они очень важны для правильной координации движений. Если канал связи между мозгом и проприоцепторами прерван, люди не могут нормально двигаться: они буквально теряют управление над мышцами и те ведут себя довольно не предсказуемым для человека образом.
Фактически единственный орган, до которого мозг не дотягивает свои чувствительные нервные окончания, – это… он сам. Мы прекрасно ощущаем, если вдруг в нашем теле что-то «сломалось»: порезана кожа, сломана кость, воспален какой-то внутренний орган – на поверхности и в глубине организма расположены миллионы болевых рецепторов, которые следят за тем, чтобы все находилось в целости и сохранности. Однако в мозге болевых рецепторов нет: именно это позволяет нейрохирургам проводить операции на открытом головном мозге, пока пациент находится в сознании, и не повредить ненароком важную его часть, удаляя опухоль, сосудистую аномалию или участок измененной ткани мозга, которая является причиной эпилептических приступов.
Как и на любой большой магистрали, потоки входящей и выходящей информации вдоль продолговатого мозга и далее в глубь ствола разведены. Сенсорная информация от тела к мозгу идет по тяжам нервных волокон, которые находятся ближе к спине и затылку, а двигательная – от мозга к телу, – наоборот, идет вдоль передней (брюшной) части ствола, расположенной ближе к лицу. Сигналы к мышцам переносят столько нервных волокон, что они образуют очень заметные вздутия на передней поверхности продолговатого мозга – их называют пирамидами. В пирамидах двигательные волокна от первичной моторной коры правого и левого полушария перекрещиваются: кора справа управляет мышцами слева, и наоборот. Различные типы волокон, соединяющие тело с мозгом, перекрещиваются в разных точках вдоль оси нашего тела: такое положение вещей помогает неврологам правильно определить место поражения в нервной системе с помощью оценки того, как нарушается подвижность и чувствительность в разных частях тела пациента.
Помимо того, что продолговатый мозг служит точкой транзита для внушительных потоков информации, которой тело и мозг постоянно обмениваются, у него есть и собственные очень важные задачи.
В продолговатом мозге расположены центры, отвечающие за множество автоматических процессов и рефлекторных реакций. Они обеспечивают правильную работу многих процессов, необходимых для постоянства внутренней среды. Множество небольших скоплений нервных клеток в основании мозга непрерывно следят за тем, как сокращается наше сердце, как идут процессы газообмена – сколько в крови кислорода и углекислого газа, какое сейчас кровяное давление. Если что-то идет не так, центры в продолговатом мозге немедленно запускают рефлекторные реакции, призванные поправить положение дел. В крови не хватает кислорода и многовато углекислого газа? Будем дышать чаще и глубже. Хемочувствительные клетки регулируют не только дыхание и сердцебиение, но и могут запускать рвотный рефлекс, если в крови появляется что-то подозрительное (это очень разумно, учитывая, что самый простой способ отравиться – это съесть что-нибудь ядовитое или протухшее). Кроме нейронов, запускающих рвотный рефлекс, здесь находятся группы нейронов, управляющих другими защитными реакциями: кашлем, чиханием и глотанием.
Правому и левому полушариям мозга дельфинов приходится спать по очереди, иначе дельфин задохнется.
Все эти процессы запускаются без каких-либо сознательных усилий – во-первых, внимание лучше занять более интересными вещами, а во-вторых, все это слишком важно, чтобы сделать произвольным: если человек отвлечется и не успеет вовремя закашляться, когда в трахею что-то попало, он рискует умереть от удушья. Или, например, представьте, что нам приходилось бы сознательно контролировать каждый вдох и выдох от рождения до самой старости – мягко говоря, безрадостная перспектива (особенно с учетом того, что примерно треть жизни мы вообще проводим в «отключке» – во сне – и ничего не можем сознательно контролировать).
Мост и мозжечок
Выше продолговатого мозга начинается следующий отдел – это задний мозг, где расположены мост и мозжечок. Мост – это что-то вроде большого транспортного узла, через который проходит множество нейронных отростков: снизу вверх, сверху вниз, слева направо и справа налево. В основании моста вдоль ствола лежит кортикоспинальный тракт – нервные волокна, которые идут от моторной коры, управляющей сознательными движениями, к спинному мозгу – сверху вниз. Кроме того, в поперечном направлении через мост идет часть проводящих путей, соединяющих правую и левую части мозга.
Особенность работы нашего мозга в том, что левое полушарие отвечает за движение и чувствительность правой половины тела и наоборот. Мост (наряду со спинным и продолговатым мозгом) служит одной из тех точек, где нервные волокна от нейронов, управляющих движениями мышц или несущих информацию от них, пересекают срединную линию, соединяя противоположные половины тела и головного мозга. На уровне моста двигательная информация, которую подкорковые двигательные отделы отправляют вниз к телу, меняет сторону движения на противоположную. В глубине головного мозга есть множество отделов, помогающих моторной коре управлять телом. Они формируют экстрапирамидную систему (в отличие от пирамидной, которая отвечает за сознательные движения), а также берут на себя управление автоматическими действиями и следят за мышечным тонусом, а моторная кора контролирует действия, совершаемые произвольно.
Мозжечок получает собственные копии информации, отправляющейся от мозга к телу и от тела к мозгу. Он сравнивает «желаемое» (то, какое движение нам хотелось бы совершить) с «действительностью» (тем, какое движение мы на самом деле совершаем), вносит коррективы в двигательные команды и отправляет свои «пожелания и предложения» в первичную моторную кору и спинной мозг, управляющие мышцами.
В отличие от больших полушарий, полушария мозжечка контролируют движения именно со своей стороны тела: когда мы делаем что-то правой рукой, нашими движениями управляют правая половина мозжечка, но левая половина двигательной коры больших полушарий. Двигательный контроль в мозге осуществляется в буквальном смысле наперекосяк, по нескольку раз пересекая срединную линию между правой и левой половинами мозга.
Мозжечок находится как раз сверху над мостом, отделенный от него четвертым желудочком – это самая нижняя из полостей мозга со спинномозговой жидкостью. У мозжечка, словно у жучка, есть три пары ножек – верхние, средние и нижние (а у большого мозга, как и у человека, ножек всего одна пара). Ножки состоят из белого вещества – проводящих волокон, связывающих мозжечок с другими отделами нервной системы, которые управляют движениями, формируя потоки входящей и выходящей информации. Нижние и средние ножки работают на вход, то есть несут информацию от спины и мозгового ствола и от коры головного мозга, соединяя мозжечок с мостом; верхние ножки работают на выход: отправляют обработанные в мозжечке сигналы обратно к другим отделам в среднем мозге, таламусе и больших полушариях.
Как известно, мозжечок играет ключевую роль в координации движений (об этом мы поговорим в разделе про движения). Тем не менее задачи мозжечка не ограничиваются только ролью дирижера, который каждое мгновение следит за тем, насколько сокращена или расслаблена каждая из нескольких сотен мышц в нашем теле. Мозжечок важен для переключения внимания между слуховыми и зрительными стимулами, а еще он во многом отвечает за наше восприятие времени.
Отделы заднего мозга координируют позу и осанку, помогают нам быстро вернуть потерянное равновесие. Кроме движений тела, нейроны заднего мозга управляют мимикой и речью, а также многими рефлекторными движениями глаз. Например, когда мы смотрим на пейзаж, проносящийся за окном поезда, наши зрачки чрезвычайно быстро перемещаются из стороны в сторону, позволяя фиксировать отдельные детали в зрительном поле. Такие быстрые неосознаваемые рефлекторные движения глаз называются саккадами. Они помогают нам фокусировать взгляд и не терять ориентацию, координируя между собой движения корпуса, шеи и глаз, когда мы активно двигаемся и одновременно следим за другими перемещающимися объектами.
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.
