скачать книгу бесплатно
Всего таких соединений насчитывается около миллиона миллиардов, что делает нейрон «самой сложной структурой на земле».
Нейроны – основной тип клеток нервной системы; каждый из них состоит из тела, отростков, называемых дендритами, и длинных отростков – аксонов, которые тянутся к другим нейронам. Нейрон посылает электрический импульс, называемый «потенциалом действия», по своим длинным аксонам; это высвобождает нейротрансмиттеры на участке отростка, называемом «синапсом», затем происходит возбуждение или подавление нижестоящего нейрона. Этот процесс – пример электрохимического потока энергии. Синапс – это связь, которая функционально связывает нейроны друг с другом. Речь идет об электрических, химических и, возможно, еще каких-то формах влияния энергетического поля на передачу информации между нейронными сетями, называемой «аптической связью».
Эти и другие механизмы распределения потока энергии в мозгу помогают формировать связи, создающие основу для функциональной архитектуры мозга. Эти связи подобны паутине, и активация одного нейрона может влиять в среднем на десять тысяч других. Модель потока энергии в чрезвычайно сложных сетях – коррелят нашей ментальной жизни.
Набор нейронов, которые активируются совместно, можно назвать «профилем нейронной сети». Это паттерн нейронной активности, сгруппированный в функциональное целое. Такой профиль нейронной сети, например, «включается», когда мы вспоминаем о мосте Золотые Ворота или Эйфелевой башне. Каждый раз, когда мы думаем об этом конкретном сооружении, активируется определенный участок нейронной сети. Нейронные сети не статичны; мозг постоянно видоизменяет синаптические связи под влиянием пережитого опыта.
Это означает, что количество схем срабатывания, которые могут возникнуть на протяжении всей жизни, практически бесконечно. Число возможных паттернов возбуждения нейронов («включено-выключено») в отдельно взятый момент огромно – примерно десять в миллионной степени. Очевидно, наш мозг способен к весьма разнообразной деятельности; то, как он организован и функционирует, просто невероятно!
Нейроны и глии организованы и связаны на разных уровнях сложности: от небольших скоплений, называемых «ядрами», до более крупных, называемых «цепочками», «участками» и «полушариями». Эти группы имеют внутренние взаимосвязи, которые позволяют нейронным импульсам группироваться в паттерны, ограниченные конкретной областью; выходные сигналы этих дифференцированных областей соединяются с подобными сигналами других участков посредством межгрупповых волокон. Результатом такой дифференциации и связи внутри мозга является ряд сетей, которые, по-видимому, функционируют посредством волн меняющихся паттернов.
Как предполагают Тоньоли и Келсо
, «комплексное пространственно-временное описание мозга достигается за счет тщательного изучения динамики координации мозга: нейроны и нейронные ансамбли действуют согласованно. Это требует систематического развертывания процесса сближения-отдаления в пространстве и времени для выявления динамических признаков здоровой, адаптивной функции мозга и его менее адаптивных аналогов». Представление о пространственном распределении нейронных комплексов, скоординированных во времени, предполагает, что для понимания мозга и его функционирования нам необходимо начать мыслить «четырехмерно», учитывать и пространственное расположение задействованных нейронов, и временные рамки их активации. Процесс «сближения-отдаления» включает в себя временное слияние нейронных ансамблей – они «сближаются» в определенной конфигурации, а затем отдаляются друг от друга.
В работах по неврологии, как упоминалось во введении, термин «сегрегация» используется так же, как мы используем общий термин «дифференциация» – для обозначения специализации, уникальной функции и структуры определенного набора нейронных ансамблей. В номенклатуре этих исследований также иногда используется термин «интеграция» в том же значении, как мы используем термин «связывание». Откуда эта разница в терминологии? Десятилетия назад эти понятия были «заимствованы» из математики, из описания того, как сложные системы дифференцируют и связывают свои функции, и применение доступных терминов казалось естественным. «Всеобщего» термина для описания баланса дифференциации и связывания не было. Я решил использовать привычный термин «интеграция» для обозначения динамического процесса в сложной системе, в рамках которого дифференциация и связывание постоянно меняются по мере продвижения к новым слоям самоорганизации.
Понятия «критичность» в математике и «метастабильность» в нейробиологии иногда используются для обозначения процессов, связанных с балансом, который мы называем «интеграцией». Здесь мы можем увидеть, как описываются метастабильные состояния. Как пишут Хеллиер и его коллеги
, «здравая нейронная динамика работает в “метастабильном” режиме, области мозга взаимодействуют, чтобы одновременно увеличить интеграцию и сегрегацию». Это понятие будет сформулировано в терминологии/словаре МЛНБ как «увеличение связи и дифференциации». Другими словами, интеграция создает метастабильность. Далее авторы заявляют:
Метастабильность может создавать важные поведенческие свойства, такие как когнитивная гибкость. Все чаще звучит вывод, что нейронная динамика ограничивается лежащими в основе структурными связями между областями мозга. Таким образом, важной задачей является установление связи между структурной связностью, нейронной динамикой и поведением. Снижение метастабильности связано со снижением когнитивной гибкости и обработки информации. Вычислительная модель, определяемая эмпирически полученными данными о связности, демонстрирует: изменения в нейронной динамике, релевантные для поведения, являются результатом структурного разъединения. Наши исследования показывают, что метастабильная динамика важна для нормальной работы мозга и зависит от структуры коннектома человека.
Мы бы назвали такие процессы «интегративными» в том смысле, что они создают метастабильную динамику, уравновешивая дифференциацию и связывание аспектов коннектома. Такие состояния можно назвать выявлением «взаимосвязи коннектома».
Дальнейшее подтверждение важности этого баланса связи и дифференциации содержится в исследованиях исполнительных функций, проведенных Джейсоном Номи и его коллегами:
Метастабильные состояния мозга позволяют гибко реконфигурировать нейронные сети, избегая при этом экстремальных интегративных или сегрегативных конфигураций. Текущее исследование поддерживает идею о том, что метастабильность и когнитивная гибкость могут возникать из-за сходных конфигураций мозга. Мы видим взаимосвязь между способностями к исполнительным функциям и склонностью мозга занимать определенную конфигурацию или состояние функциональной связи. Таким образом, выполнение когнитивной задачи может быть основано не только на изменениях, происходящих во время самой конкретной задачи, или на динамической функциональной связи какой-то отдельной области мозга. Оно также может зависеть от внутренней организации динамических изменений между целыми состояниями мозга или системы.
Здесь «крайности» связывания и дифференциации будут обозначены в терминологии МЛНБ как «компромисс интеграции». Слишком много связывания или слишком большая дифференциация, нарушение баланса двух предельных показателей «интегративного спектра» ведут к хаосу и/или ригидности.
Термин, описывающий все взаимосвязи мозга, – «коннектом». Ученые исследуют как структурные, так и функциональные взаимосвязи коннектома. Например, мы уже упоминали, что Смит и его коллеги обнаружили: функциональная взаимосвязь коннектома была лучшим предиктором благополучия по широкому спектру оценок, которые коррелировали с рядом нейронных показателей.
Есть много способов изучить, как возникает функциональная связь дифференцированных участков коннектома. В дальнейших исследованиях был предложен термин «хронэктомические системы» для творческого включения времени (хроно) в коннектом; при изучении колебательных волн, связывающих различные участки коннектома, также применялся термин «гармоники коннектома».
Другие термины, с которыми вы можете столкнуться в ходе изучения функций нейронных сетей, – это «коннектомика» и «динамика коннектома».
Термин «критичность», который пришел из области математики сложных систем, имеет некоторые интересные концептуальные и эмпирические совпадения с термином «метастабильность». В личных беседах с исследователем Мортеном Крингельбахом на эту тему мы рассмотрели, как изучение динамики метастабильности и взгляд теории сложности на самоорганизацию и связанное с ней состояние критичности могут накладываться друг на друга.
Пожалуйста, имейте в виду, что в дальнейших обсуждениях мы продолжим использовать устоявшиеся термины «связывания» (нейробиологи используют термин «связь» или «интеграция») и «дифференциации» (в нейробиологии – «специализация» или «сегрегация»). Мы также будем использовать термин «интеграция» для обозначения баланса связывания и дифференциации, лежащего в основе метастабильного состояния мозга и состояния критичности в любой сложной системе.
Учитывая акцент на нейронные сети внутри коннектома, который делает современная наука, есть ли необходимость знакомиться с индивидуальными, конкретными областями мозга? Не так давно ученые часто задавали вопрос: «Где в мозгу находится та или иная психическая функция?» Раньше казалось, что знание того, где эти функции находятся, имеет определяющее значение. Однако в последнее время мы стали задавать вопрос не столько где, сколько как функции мозга коррелируют с психическими состояниями. Мозг, по-видимому, функционирует, когда глобальные состояния распространяются колебательными волнами по всей его площади. Эти колебания связывают между собой сильно дифференцированные области – фактически часто это целые сети.
Тем не менее знание основ о конкретных участках мозга может быть весьма полезным. Когда некоторые области повреждены или недоразвиты, возникают препятствия для нормального его функционирования. Эти данные полезны для понимания того, как в целом «работает» человек.
Блокировка связей может привести к затруднениям в аспекте связывания в сети, а значит, влияет и на функции сети. Кроме того, можно планировать вмешательства, нацеленные на развитие недостаточно дифференцированных областей, чтобы побудить их к росту и создать условия для интеграции в более крупное «целое». Другими словами, мы можем сосредоточиться на дифференциации, когда она затруднена, или на связывании, когда оно «не работает», и намеренно создать более интегрированное состояние мозга. Это состояние является основой для оптимальной самоорганизации, поскольку способно создавать критичность и метастабильность – основу адаптивного функционирования.
Как далее заявляют Тоньоли и Келсо,
нейронные ансамбли колеблются в широком диапазоне частот и бывают временно сгруппированы, когда люди обращают внимание на стимул, воспринимают что-то, думают и действуют. Это динамичный и самоорганизующийся процесс, в котором участки мозга включаются и отключаются в определенных временных рамках. Но как это происходит? Теория координационной динамики предлагает механизм, называемый метастабильностью, – тонкое сочетание интеграции и сегрегации. Склонность областей мозга к выражению индивидуальной автономии и специализированных функций (сегрегация, модульность) сосуществуют со склонностью к объединению и координации в глобальном масштабе для выполнения множества функций (интеграция). Мы обсуждаем теорию и эксперименты на нескольких уровнях, предполагая, что метастабильная динамика лежит в основе координации, необходимой для динамических когнитивных, поведенческих и социальных функций мозга.
Исследования «нейронных коррелятов» сознания, паттернов возбуждения нейронов, связанных с сознанием, показывают, что понимание этой нейронной динамики необходимо для более широкого понимания мозга и разума. Как предполагают Атасой, Деку, Крингельбах и Пирсон, «динамические системы, такие как мозг, расширяют репертуар состояний, когда приближаются к критичности; то есть мы видим переход между порядком и хаосом, нейронный механизм, лежащий также в основе сознательного бодрствования».
Далее исследователи отмечают, что эти состояния метастабильности возникают в результате гармонических колебаний внутри коннектома в целом:
Структура элементарных гармонических режимов мозга предлагает объединяющую перспективу и структуру, раскрывающую взаимодействие между различными, казалось бы, не связанными открытиями о нейронных коррелятах сознания. Предлагаемая структура связывает пространственные паттерны нейронной активности не только с временными колебаниями, характерными для активности мозга млекопитающих, но также с анатомией и нейрофизиологией. Таким образом, эта структура выходит за рамки разложения сложных паттернов нейронной активности на элементарные «строительные блоки». Она предлагает фундаментальный принцип, связывающий пространство и время в нейронной динамике через гармонические волны – явление, повсеместно распространенное в природе.
Когда мы продвигаемся от одиночных нейронов к кластерам нейронов, а затем и к взаимосвязанным сетям, нужно постоянно помнить: поток энергии и информации проходит через головной мозг и связан со всей нервной системой. Этот телесно воплощенный поток принимает различные формы и колеблется на разных частотах и в определенные моменты создает новые состояния в разных частях тела. В то же время этот поток может включать обмен энергетическими паттернами вне тела, когда они поступают к нам от других людей и окружающей среды (природы, планеты). Мы связаны с людьми и планетой, не можем существовать отдельно от этих источников энергии и информации. Этот поток энергии не является «метафизическим» в том смысле, что находится за пределами (мета) физического мира. Энергия является фундаментальным аспектом нашей обычной реальности. Поток энергии не ограничен телом. Как вы сейчас читаете этот текст? Световой поток позволяет видеть. Звуковые волны позволяют слышать. Давайте помнить об энергии во всех ее многообразных формах. Энергия является частью нашей Вселенной (существенной частью), это научно установленный аспект реальности, и мы предполагаем, что разум глубоко и фундаментально связан с энергетическим потоком. Этот поток присутствует между нашим телесным «я» и окружающим миром, и он же присутствует внутри тела. Черепная коробка не является непроницаемым барьером для потока энергии. Когда мы рассмотрим, где можно наблюдать этот поток, мы, возможно, сможем начать «видеть» разум более ясно.
Начнем с головы. Мозг – это телесный, физический механизм, через который течет энергия, в том числе называемая «информацией». «Поток» в нашем понимании означает изменение. Энергия в мозге в основном представлена как электрохимический процесс, когда ионы входят и выходят из мембран нейронов во время возбуждения (потенциала действия). Химические вещества – нейрогормоны и нейротрансмиттеры – влияют на функционирование клеток головного мозга. Когда поток электрического заряда потенциала действия достигает конца нейрона, высвобождается химическое вещество, а нейротрансмиттер увеличивает или уменьшает вероятность срабатывания синаптически связанного нижестоящего нейрона. Высвобожденная молекула взаимодействует с рецептором постсинаптического нейрона через химическую энергию, протекающую на этом уровне активации нейрона. Другие химические вещества, омывающие нейрон, также могут влиять на его функционирование. Эта последовательность иллюстрирует, как поток заряда (электрический) и взаимодействие рецептора с нейротрансмиттером (химическое) приводят к потоку электрохимической энергии. Ничего фантастического. Да нет: просто фантастика. Поток энергии.
Когда мы рассматриваем «мозг» и его функции, мы на самом деле имеем в виду «телесно воплощенный мозг» в том смысле, что на энергоинформационный поток, протекающий через коннектом в голове человека, влияют потоки энергии по всему телу, а также информация, которую несут эти потоки. Этот термин, «телесно воплощенный мозг», также напоминает нам о том, что конфигурация взаимосвязанных нейронов, которая перерабатывает энергетический поток в информацию, существует не только в головном мозге. Она связана еще с внутрисердечной и кишечной нервной системой. Такие исследователи, как Антонио Дамасио, предполагают, что кишечник на самом деле является «первым мозгом», а головной мозг появился намного позже в ходе эволюции.
Мы также можем использовать термин «социальный мозг», чтобы описать, что электрохимические паттерны в головном мозге в значительной степени формируются нашими межличностными отношениями и сами формируют эти отношения.
Давайте просто помнить, что головной мозг воплощен телесно и глубоко связан с отношениями. Его функции формируются энергетическими паттернами, исходящими из отделов нервной системы, расположенных в сердце и кишечнике, из тела в целом и из окружающей среды – от других людей и из природного мира. Именно поэтому мы можем ощущать, что разум – то, чем мы являемся – нечто телесное и тесно связанное с отношениями. Да, в некоторых случаях может иметь место чрезмерная дифференциация, и определенный индивидуум может научиться отключаться и от тела, и от мира отношений (примеры нарушенной интеграции). Однако в целом «неголовные» источники энергоинформационного потока являются фундаментальными для мозга и влияют на то, как работает разум.
Рис. 1.1. Схема правого полушария головного мозга человека. Задняя часть – мозжечок и мозговой ствол; средняя – лимбические области (миндалевидное тело, гиппокамп) и таламус; передняя – корковые области. Островковая доля находится под этой медиальной поверхностью. Авторское право © 2012 Mind Your Brain, Inc.
Разберемся, – что это за дифференцированные области мозга, что за взаимосвязанные наборы нейронов в нашей голове? Нейронные кластеры можно классифицировать по-разному, в том числе по их анатомическому расположению – в нижних, центральных и верхних областях мозга. Рисунок 1.1 представляет собой схему базовой структуры мозга.
Структуры заднего мозга
Задний мозг включает в себя контуры, расположенные глубоко внутри черепа, которые отвечают за передачу основных элементов энергетического потока, таких как состояния возбуждения и бдительности, а также физиологические состояние тела (температура, дыхание, частота сердцебиения). Скопления нейронов в этой области также отвечают за реакции выживания «бей, беги, замри» и лежат в основе «поливагальной теории» саморегуляции.
Эта теория предполагает, что наше взаимодействие с другими людьми напрямую влияет на реакции глубинных структур мозга – чувство безопасности и чувство угрозы. В верхней части мозгового ствола находится таламус – область, которая служит воротами для поступающей сенсорной информации. Он имеет обширные связи с другими областями мозга, включая кору, расположенную прямо над ним. Как мы увидим, одна из теорий сознания рассматривает активность таламокортикальной цепочки как центральный процесс опосредования сознательного опыта.
Другие гипотезы предполагают, что свой вклад в сознание и самоощущения вносят разные области мозга.
В задних отделах мозга также находятся гипоталамус и гипофиз, которые отвечают за физиологический гомеостаз, или телесное равновесие, устанавливаемое посредством нейроэндокринной активности (возбуждение нейронов и высвобождение гормонов).
Само тело тесно связано с нервной тканью мозга посредством гормональных и других регулирующих процессов, таких как иммунная и скелетно-мышечная системы. Как мы видим, говоря «мозг», нам не следует отделять эту структуру от тела в целом. Отсюда и происхождение термина «телесно воплощенный мозг». Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось (ГГН) реагирует на стресс и может пострадать в результате травмы. Исследования показывают, что стресс в раннем детстве может повлиять на регуляцию экспрессии генов в этих важных областях системы. Такие изменения в регуляции, возникающие как реакция на опыт, являются частью процесса, называемого «эпигенезом».
Нейроэндокринная ось ГГН вместе с вегетативной нервной системой (регулирующей частоту сердечных сокращений и дыхание) и нейроиммунной системой (регулирующей иммунные реакции) – это области, в которых функции мозга и тела сложно переплетаются.
Когда мы видим, что социальные взаимодействия непосредственно влияют на работу этих областей, мы можем констатировать, что отношения и телесно воплощенный мозг действительно являются частью одной большей системы. Субъективные состояния, переживаемые осознанно, в противоположность реактивным состояниям «бей, беги, замри», могут иметь прямое влияние на общее физическое здоровье и отношения с людьми.
Структуры среднего мозга
Считается, что лимбическая система, включая гиппокамп и миндалевидное тело, играет важную роль в опосредовании эмоций, мотивации и целенаправленном поведении. Также она отвечает за память и систему привязанности, которая позволяет молодым млекопитающим полагаться на своих родителей. Лимбические структуры определяют широкий спектр основных психических процессов, таких как оценка смысла, обработка социальных сигналов и активация эмоций. Медиальная височная доля включает в себя гиппокамп, который отвечает за память (например, воспроизведение фактов, в том числе автобиографических деталей) и выявление контекста текущего опыта.
Структуры переднего мозга
Передний мозг расположен ближе к верхней части, «неокортексу». Структуры переднего мозга отвечают за сложные функции обработки информации, восприятие, мышление и рассуждение. Мы можем использовать термин «опосредующий», чтобы показать, что эти области играют решающую роль в этом процессе. Однако важно помнить, что сети мозга функционируют как единое целое, – речь идет о коннектомной гармонике колебаний. То есть мы можем утверждать, что корковые структуры опосредуют определенные состояния мозга, но это, конечно, не означает, что они выполняют эту функцию изолированно.
Существует множество взаимосвязей между корой и другими областями мозга. Важны также данные, получаемые извне – от других людей и из окружающей среды.
«Внешняя кора» мозга состоит из складчатых слоев (обычно говорят о шести слоях нервных клеток), которые заполнены «корковыми столбцами» сильно связанных между собой кластеров нейронов. Сгруппированные столбцы обрабатывают информацию, а их связь с другими областями позволяет выполнять сложные функции. Кора головного мозга созревает постепенно, в направлении «сзади вперед». Лобные области продолжают активный рост вплоть до юношеского возраста. Лобные области считаются наиболее эволюционно «продвинутыми»; они опосредуют сложные перцептивные и абстрактные представления, от которых зависят наши ассоциативные мыслительные процессы.
Самая передняя часть лобной области – «префронтальная кора» – имеет две важные части: вентральную и медиальную и латеральную префронтальную (также ее называют «дорсолатеральная префронтальная кора»). Дорсолатеральная префронтальная кора расположена по бокам. Считается, что она играет важную роль в работе памяти – например, делает возможным запоминание цифр и отвечает за произвольное внимание. Средние части префронтальной области – орбитофронтальная кора (расположена за глазными орбитами и над ними), дорсальная и вентральная часть медиальной префронтальной коры, вентролатеральная префронтальная кора и передняя поясная кора. Некоторые авторы рассматривают переднюю поясную кору и орбитофронтальные области как части лимбической системы, а другие придерживаются мнения, что эти области играют роль прослойки между нижними лимбическими и высшими областями. Иногда эти структуры называют «паралимбической корой». Эти области образуют «команду» зон, работающих вместе как функциональное целое, обеспечивающих связь далеко расположенных участков друг с другом. Они выполняют важные интегративные функции, помогают координировать и уравновешивать мыслительную и чувственную активность коры с функциями нижней лимбической системы, ствола мозга и органов тела. Медиальная префронтальная область соединяется с задней поясной, таким образом возникает «хаб» для того, что мы называем «сетью пассивного режима работы мозга».
Эта сеть активна, когда человек отдыхает перед тем, как «выдать» новые инструкции. Для нашей нейронной активности это такой «режим по умолчанию». Оказывается, мозг достаточно активен даже в состоянии «покоя». Эта сеть, кроме прочего, занимается составлением карт психических состояний. Она позволяет нам отображать психические состояния других людей в процессе, называемом «эмпатия», и отображать свое собственное психическое состояние. Когда эта сеть чрезмерно дифференцирована, возникает тревога и депрессия – это можно рассматривать как пример нарушения интеграции. Но при достаточном уровне интеграции эта нейронная сеть дает нам ощущение «я», создает условия для эмпатического понимания и заботы. Режим по умолчанию связывает восприятие сигналов, полученных от других людей, с внутренне опосредованными паттернами возбуждения нейронов. Так возникают разные уровни интеграции – от соматической до социальной.
Нейронная интеграция
Мозг функционирует как взаимосвязанная, интегрированная система, состоящая из подсистем, которые можно описать как «цепочки» или «сети». Длинные аксональные волокна связывают друг с другом далеко расположенные кластеры нейронов, образуя конфигурацию «паутины». Термин «интегрированный» означает, что эти отдельные, дифференцированные области сохраняют свои уникальные особенности, но при этом становятся связанными. Важно иметь в виду, что интеграция не означает слияния или «всеединства». Она скорее предполагает сохранение различий при содействии связи. Благодаря этому целое становится больше, чем сумма его частей. Связывание дифференцированных элементов системы и есть смысл интеграции, и когда этот процесс происходит в мозгу, мы говорим о «нейронной интеграции». Результатом нейронной интеграции является оптимальная саморегуляция: разрозненные области объединяются в функциональное целое, где между элементами присутствует баланс. Существует точка зрения, согласно которой нейронная интеграция создает баланс между хаосом и ригидностью; возникает метастабильность в основе гибких исполнительных функций, регулируемых мозгом. Каждый элемент такой системы способствует полноценной работе целого и взаимодействию сетей нейронных кластеров в разных участках. Но есть области, которые играют важную роль в интеграции активности мозга. К ним относятся «лимбические» области (особенно гиппокамп), префронтальные области, мозолистое тело (оно связывает левое и правое полушария мозга друг с другом) и мозжечок (участвует в связывании телесных движений, психических состояний и когнитивных процессов). Все эти области имеют уникальные входные и выходные пути, связывающие между собой разные части мозга. Исследования проводятся также для оценки «взаимосвязи коннектома», состояния связи дифференцированных областей в основе интеграции нервной системы. Пытаясь понять, как развивается разум, нам нужно сначала рассмотреть то, как мозг регулирует собственные внутренние процессы.
Обобщим: саморегуляция как система множества управляющих функций, по-видимому, зависит от нейронной интеграции. Главенство этого состояния проявляется в том, что многие показатели благополучия коррелируют с одной общей особенностью мозга: более взаимосвязанным коннектомом.
В МЛНБ мы делаем вывод о том, что оптимальные отношения, построенные на уважении различий между разными людьми и сочувствии – интегративные отношения, – вероятно, будут стимулировать рост интегративных волокон в мозгу маленького ребенка. Неблагоприятный детский опыт, в том числе пренебрежительное и оскорбительное отношение, напротив, тормозит здоровый рост мозга, препятствует нейронной интеграции и может негативно повлиять на способность эффективно справляться со стрессорами в будущем.
В настоящее время доказано, что даже нарушения, которые не связаны с пережитым опытом, например такие как аутизм, биполярное расстройство и шизофрения, связаны с нарушением нейроинтеграции.
Чтобы получить визуальное представление о структуре мозга, можно использовать простую трехмерную модель: нейроанатомию «на ладони» (см. рис. 1.2). Если сжать кулак, при этом держа большой палец согнутым и прижатым к центру ладони, обхватив его остальными пальцами, мы получим модель мозга. Предплечье символически изображает расположение спинного мозга внутри позвоночника, а запястье – ту часть, что находится у основания черепа. Разные части руки в этой модели – три основные области, о которых говорилось выше: мозговой ствол, лимбическая (средняя) часть и неокортекс (передняя часть).
Старая трехчастная модель в наши дни уже не считается полной и точной, но она дает возможность в общем виде познакомиться с анатомией мозга. Однако ограничения этой модели нужно признать с самого начала: пожалуйста, имейте в виду, что мозг, постоянно изменяющийся орган, устроен, конечно, гораздо сложнее, чем вот эта модель, которую можно изобразить с помощью руки. Но как отправная точка эта модель полезна. Если посмотреть на свой сжатый, как описано выше, кулак со стороны ладони, можно увидеть «орбиты глаз» вокруг участков ногтей третьего и четвертого пальцев и «уши» с обеих сторон. Пальцы представляют «кору мозга». Перед вами ее лобные доли; вверху находятся области, которые опосредуют двигательный контроль и соматосенсорные представления; по бокам и на тыльной стороне ладони расположены задние отделы – височная доля, которая опосредует перцептивную обработку внешнего мира и играет важную роль в социальной перцепции. Задние отделы мозга представлены средней линией нижней части ладони. Прямо под костяшками пальцев, глубоко внутри кулака, куда упирается кончик большого пальца, находится лимбическая область. Большая часть мозга разделена на левое и правое полушария, связанные полосками ткани, называемыми «мозолистым телом» и «передней комиссурой», – считается, что эти ткани служат прямым источником передачи информации между двумя полушариями мозга. Мозжечок, расположенный в схеме на тыльной стороне ладони возле запястья, также может косвенно передавать информацию через отдел, разделяющий две половины мозга. Также мозжечок сам может осуществлять ряд информационных и интеграционных процессов.
Рис. 1.2. Ручная модель мозга. По Siegel (2010a, стр. 15). Адаптировано с разрешения Bantam Books. © 2012 Mind Your Brain, Inc.
На передней части ладони расположены «лобные доли», это зона от второй фаланги и до ногтей. Самая передняя часть этой области, перед последними фалангами, – это префронтальная кора. Эту область мы будем исследовать на протяжении всей книги. Латеральная префронтальная кора расположена по бокам – указательный палец с одной стороны и безымянный – с другой. Орбитофронтальная область расположена ближе к центру, как вы уже догадались – сразу за и над орбитами «глаз», там, где сгибаются верхние фаланги и кончики пальцев прижимаются к ладони. Эти две области также символически представляют вентральную и медиальную зоны префронтальной части. Две средние зоны (ногти), представляющие положение средней части префронтальной области, прилегают к ряду других, из которых они получают и в которые посылают информацию: структуры мозга, обрабатывающие сенсорные и телесные данные, лимбические области и неокортекс. Трехмерная ручная модель, таким образом, дает визуальный пример нейронных взаимосвязей и показывает важность анатомии для координированной функции.
Части мозга сильно взаимосвязаны, и в академических кругах ведутся споры о том, насколько различны эти области с точки зрения строения и функций.
Понятие лимбической «системы», например, подвергалось сомнению, потому что определение ее границ (где она начинается и где заканчивается) неоднозначно с научной точки зрения. Однако лимбическая и паралимбическая области, по-видимому, используют специфические нейротрансмиттеры, имеют сильно взаимосвязанные цепи, выполняют взаимодополняющие функции и показывают сходство в своей эволюционной истории. Например, средние зоны префронтальных областей, расположенные в верхней части лимбической области и анатомически связанные с широким спектром цепочек коры и более глубоких структур головного мозга, играют жизненно важную роль в координации деятельности трех основных его составляющих.
Недавние исследования в области неврологии предполагают, что префронтальная область может играть важную роль во многих интеграционных процессах, таких как самосознание, эмпатия, память, регуляция эмоций и привязанность.
Развитие мозга
Активация невральных путей напрямую влияет на то, как устанавливаются связи внутри мозга и как изменяется регуляция генов. Опыт влияет на активность и прочность нейронных связей на протяжении всей жизни, но ранний опыт может быть особенно важным для развития основных регулирующих структур мозга. Например, опыт травмы в раннем детстве может сильно влиять на интегративные структуры мозга, отвечающие за базовые регуляторные способности, и разум в результате будет позже реагировать на стресс.
Мы видим, что дети, подвергшиеся жестокому обращению, показывают аномальные реакции на уровни гормонов стресса, что частично связано с изменениями в регуляции генов конкретных областей мозга, ответственных за реакцию на стресс. Также это может быть связано с изменениями в регуляции длины теломеров, «колпачков» хромосом, которые защищают целостность ДНК во время клеточной репликации.
Длительно повышенный кортизол может стать токсичным для мозга.
Как показывает исследование «Неблагоприятный детский опыт» (ACE), пережитые в раннем возрасте невзгоды оказывают долгосрочное воздействие на человека, приводя к последствиям не только для психического, но и для физического здоровья.
Важный вывод: ранний опыт влияет на регуляцию синаптического роста и выживания, регуляцию реакции на стресс, регуляцию длины теломеров и даже регуляцию экспрессии генов, что может повлиять на будущий рост мозга. Негативные взаимодействия с другими людьми сказываются на этих функциях организма. Опыт напрямую воздействует на процсс регулирования.
Журналист Донна Джексон Наказава в своей книге «The Angel and the Assasin» описывает один тип глиальных клеток, микроглии.
Если верить исследованиям, эти клетки функционируют как часть иммунной системы и выполняют как возбуждающую, так и конструктивную функцию в головном мозге:
У этих крошечных клеток есть и светлая сторона. Когда мозг находится в состоянии гомеостаза – другими словами, когда не происходит активации микроглий для «неправильной» работы, они активизируются другим, позитивным образом. В здоровом мозге микроглия выделяет питательные вещества для стимуляции роста новых, здоровых нейронов и создания новых синапсов везде, где они могут понадобиться. Эти клетки также высвобождают нейропротекторы, участвующие в восстановлении больных нейронов.
Микроглия может напрямую помогать нейронам формировать новые отростки, что-то вроде придатков, которые позже могут прикрепляться к другим нейронам, – так увеличивается число связей.
Микроглия, наряду с другими типами глиальных клеток, способствует росту миелина, который изолирует мозговые волокна, помогая ускорить синаптические связи. Одна из самых активных областей, где микроглия выполняет такую восстановительную работу, находится в гиппокампе.
Джексон Наказава в своем интервью нейробиологу Бет Стивенс сообщает:
«Микроглии выполняют множество полезных функций, если они правильно сбалансированы», – подчеркивает Бет. «Когда эти клетки находятся в состоянии гомеостаза, высвобождаются сигналы, происходит выброс различных белков и полезных химических веществ, обладающих защитным действием. Таким образом микроглии пытаются остановить процесс потери синапсов».
«Но когда в тканях происходит какое-то изменение, когда что-то идет не так, микроглии перестают выделять защитные вещества и начинают выделять вредные для мозга соединения, вызывающие нейровоспалительные процессы. Кроме потери синапса, таким образом, происходит неконтролируемое воспаление. Микроглия, участвуя в противовоспалительном процессе, может высвобождать большое количество цитокинов».
Новые открытия, показывающие роль микроглий в обменных процессах мозга, несомненно, прольют свет на многие аспекты развивающегося разума, которые прежде были загадкой. Центральная роль глии в процессе воспаления побуждает нас рассматривать жизнь человека в целом. Микробиом так же важен, как социокультурные факторы, которые вызывают стресс, например изоляция. Нейрогенное воспаление, а также стресс и факторы, которые могут его вызвать, нужно оценивать в контексте роли нейронов и глий в работе мозга как телесно воплощенного органа.
Повседневный опыт также формирует структуру мозга.
Развитие мозга отчасти является зависимым от опыта процессом. Опыт активирует определенные «маршруты» в мозге, укрепляя существующие связи и создавая новые.
Развитие также отчасти является «ожидаемым опытом», поскольку гены запускают создание определенных цепочек, таких, например, как зрительная система. Однако поддержание синаптических связей требует стимуляции со стороны «общевидового» опыта – например, когда при попадании света на сетчатку глаза активируется зрительная кора или при восприятии звуковых сигналов происходит стимуляция слухового нерва и соответствующих центров в головном мозге. Отсутствие сенсорного опыта может привести к гибели клеток («апоптоз») или к уменьшению синаптических связей («парцелляция»). Таков принцип развития мозга; его можно сформулировать как «используй или потеряй». Неважно, происходит ли развитие в ожидании опыта или в зависимости от него, постоянное возбуждение нейронов поддерживает синаптические связи. Рассматривая, что такое «опыт», и размышляя о механизме нейронного возбуждения, мы можем понять: «опыт – это биология» в том смысле, что он формирует активность и структуру мозга.
По этой причине я советую приемным родителям, которые заявляют, что они «не биологические», посмотреть на ситуацию с другой стороны. Да, они не участвовали в зачатии и вынашивании младенца, но они фактически становятся его биологическими родителями – в том смысле, что отношения, которые они обеспечивают, создают интерактивный опыт – основу для развивающегося разума.
Младенец рождается с генетически запрограммированным избытком нейронов, а постнатальное установление синаптических связей определяется уже не только генами, но и опытом. Гены содержат данные об общей организации структуры мозга. Однако опыт играет важную роль в том, какие гены будут экспрессироваться, как они будут активироваться и когда произойдет эта активация. Экспрессия генов приводит к производству белков, которые обеспечивают рост нейронов и образование новых синапсов. Таким образом, опыт – активация определенных невральных путей – непосредственно формирует экспрессию генов (то есть «эпигенез»). Так возникают, развиваются и укрепляются связи – это «биологический» вклад в энергетический поток разума. В эпигенезе последовательность ДНК хромосомы не меняется, но меняются молекулы, контролирующие экспрессию генов. Межличностные отношения в раннем возрасте являются основным источником опыта, который влияет на то, как гены проявляют себя в мозге. Изменения в экспрессии генов, вызванные опытом, могут быть продолжительными. Они могут даже передаваться следующему поколению посредством изменений эпигенетических регуляторных молекул в сперме и яйцеклетке.
Тут стоит кратко обрисовать происхождение нервной системы. Сперматозоид и яйцеклетка объединяются, чтобы сформировать плод. В процессе деления одна клетка превращается в две, две в четыре, четыре в восемь, восемь в шестнадцать. Деление продолжается до тех пор, пока не наступает момент анатомической дифференциации. Одни клетки в этом растущем существе оказываются снаружи, другие – внутри. Внешний слой, эктодерма, позже станет кожной оболочкой. Часть эктодермы также образует нервную трубку, сворачиваясь внутрь, – это наша будущая нервная система. Фундаментальную роль кожи как границы между внутренним и внешним миром можно таким образом перенести и на нервную систему. По сути, нервные клетки можно считать «разновидностью» кожных – их задача заключается в том, чтобы связать внутренний мир тела с внешним миром – другими людьми и окружающей средой. Рассматривая мозг как часть этой системы, связывающей внутренние телесные процессы с внешними, социальными, мы можем увидеть, как отношения формируют нас. Динамика дифференциации клеточных функций и структур и соединение этих фундаментальных элементов в более крупную систему – телесная интеграция в самом начале жизни – это основа нашего существования. То есть интеграция лежит в основе самого нашего происхождения.
Кора головного мозга младенца является наиболее «недифференцированной» частью тела. Гены и ранний опыт влияют на то, как нейроны соединяются друг с другом и формируют цепочки, порождающие разные психические процессы. Базовая архитектура мозга закладывается именно в ранние годы. Дифференциация цепочек в мозге включает в себя ряд процессов, в том числе следующие:
1. Рост аксонов в локальных областях и развитие аксональных связей между широко распространенными областями.
2. Установление новых, обширных синаптических связей между нейронами в определенных зонах и возможность роста новых нейронов в таких областях, как гиппокамп.
3. Рост миелина, в сто раз увеличивающий скорость нервной проводимости и в тридцать раз сокращающий рефрактерный период (время, в течение которого только что возбужденный нейрон должен «отдохнуть» перед повторным возбуждением). Таким образом, миелин функционально усиливает связь между синаптически связанными клетками в три тысячи раз.
4. Модификация плотности и чувствительности рецепторов постсинаптических «принимающих» клеток, – она делает связи более эффективными, когда происходит возбуждение или торможение.
5. Баланс всех этих факторов с отмиранием или сокращением нейронов и синапсов в результате неиспользования или вредных состояний, таких как хронический стресс.
В ходе экспериментов с животными было показано, что обогащенная среда и регулярные упражнения приводят к увеличению плотности синаптических связей. Особенно заметно было увеличение числа нейронов и фактического объема гиппокампа, области, важной для обучения и памяти.
Переживания также приводят к повышенной нейронной активности нейронов, созданию новых нейронов, росту новых синаптических связей и укреплению существующих синапсов. Таким образом, рост и дифференцировку мозга можно назвать «зависящим от деятельности» процессом.
Один из способов запомнить этот процесс – пользоваться утверждением: «куда направляется внимание, там активизируются нервные импульсы и растут нейронные связи».
Ментальная фокусировка внимания стимулирует активацию определенных связей в мозге. При определенных условиях это может привести к выработке белка, росту синаптических связей и образованию миелина, усиливая эффективную связь нейронов. Здесь мы можем увидеть, как внутренне мотивированный фокус внимания или направленный извне фокус внимания может непосредственно влиять на структуру и функцию мозга. Внимание: это психический процесс, телесный и связанный с отношениями, способный влиять на анатомию наших нейронных структур.
Исследования также описывают, как экспрессия генов изменяется под воздействием опыта.
Фундаментальный механизм эпигенеза заключается в том, что возбуждение нейронов может привести к «включению» или «экспрессии» генов, обеспечивающих продукцию белка. Производство белка в свою очередь вызывает структурные изменения, позволяя, например, нейронам формировать новые синаптические связи и укреплять существующие. Опыт также может вызывать изменения в молекулах хромосомы, которые не кодируют синтез белка, а вместо этого регулируют экспрессию соседнего гена. Эпигенетические изменения, обусловленные опытом, влияют на то, как и когда экспрессируются гены, и, таким образом, оказывают сильное влияние на нейронные связи. Сейчас научные исследования начинают раскрывать механизмы того, как наши родители – и даже наши бабушки и дедушки – переживали стресс, претерпевали изменения эпигенетических механизмов контроля, а затем передавали эти изменения будущим поколениям.
Эти новые открытия имеют большое значение для понимания развития, закономерностей роста, темперамента и других врожденных качеств нервной системы, а также проливают свет на передачу стресса и травмы из поколения в поколение.
Межличностный опыт влияет на то, как функционирует наш разум на протяжении всей жизни, но основные структуры, особенно те, которые отвечают за саморегуляцию, формируются в ранние годы. Как было сказано выше, регуляция как функция возникает из интеграции. По этой причине полезно следить за актуальными исследованиями, которые описывают, как межличностный опыт формирует рост интегративных и регуляторных цепочек мозга. Основное предположение состоит в том, что интегративная коммуникация стимулирует здоровый рост соответствующих волокон в мозге. Мы внимательно рассмотрим ранние годы жизни, чтобы понять, как развивается разум и как взаимодействие с родителями помогает возникновению саморегуляции. Важно учитывать и «телесность» разума, и то, как он связан с отношениями. Два этих аспекта влияют друг на друга, в результате возникает разум как самоорганизующаяся система. Исследования нейропластичности показывают, что мозг открыт для развития на протяжении всей жизни.
Изучая ранний межличностный опыт, мы можем попытаться понять, как отношения влияют на мозг на протяжении всей жизни.
