Мозг – его сила и слабость

Мозг человека для человека всегда был и всегда будет самой большой загадкой. Куда бы ни стремилась неуемная мысль — к невообразимо далеким звездам или «черным дырам», в глубины Земли или живой клетки, как бы мы ни тянули шею, ни вставали на цыпочки, пытаясь хоть краем глаза увидеть, что же там, за горизонтом,— мы постоянно будем опаздывать к только что отошедшему поезду. Постижение мысли мыслью — это вечный труд. Обреченность на любопытное мышление вверена нам природой, в этом наше счастье и наша трагедия.

С тех пор, как человек задался впервые вопросом: «что есть я?», вероятно, и возникла проблема мозга. И в наше время из всех биологических дисциплин наибольший интерес вызывают загадки наследования и нервной деятельности. Примечательно: если генетический аппарат создан для долгосрочных процессов, то ежемгновенная реализация индивидуальной программы — удел мозга.

В многообразной и чрезвычайно сложной проблеме «мозг» в наши дни есть много сторон. Главнейшие из них — философская, биологическая, социальная, медицинская, ставшая ныне крайне актуальной, и прочие. Каждая рассматривается в обширной научной литературе, и очень трудно удержаться от популяризации богатейшего арсенала современных данных о работе мозга вообще и отдельных его образований в частности, о специфике преобразования разных внешних раздражителей в единую для мозга форму проведения информации — в биоэлектрическую активность, о механизмах проведения импульса от одной клетки к другой, о молекулярных и биохимических основах памяти, о сложных иерархических взаимодействиях макро- и микросистем и так далее, и тому подобное.

Но в этой статье речь пойдет о другом. Исследователи и врачи ищут, прежде всего, особенности деятельности мозга человека и в сфере проявления его высших функций (речь, труд, мышление), и в сфере нарушения этих и многих других функций, приводящих к болезням, особенно таким, которые характерны только для человека (к примеру, рассеянный склероз является такой болезнью). Богатейшая медицинская практика указывает на то, что самые злейшие враги человечества — сердечно-сосудистая и нервно-психическая патология — носят специфически «человеческий» характер и крайне редко встречаются в естественных условиях у животных и уж, во всяком случае, не являются для них определяющей причиной смертности (действительно у животных никогда не наблюдались симптомы рассеянного склероза).

И потому к традиционно волнующему вопросу о том, какие особенности в строении и работе мозга обеспечивают высшие функции человека, в последние годы стал примешиваться и другой: есть ли какие-либо предпосылки в организации мозга человека для обоснования особой ранимости, уязвимости человека?

Несмотря на гигантские шаги научного познания, на оба эти вопроса сейчас нельзя ответить определенно и уж тем более категорично: «да, есть» или «нет». Однако некоторые тенденции развития мозга в эволюционном и индивидуальном плане позволяют пока что в общей, теоретической форме подойти и к этим крайне сложным вопросам.

Нельзя сказать, что только сейчас появилась такая возможность, она была и ранее, однако человеку всегда мешало несколько эйфорическое представление о собственном совершенстве.

Однако, чтобы объективно оценивать закономерности эволюционного развития мозга, мне думается, правильнее говорить не о степени его совершенствования, а о степени усложнения. Если за основу работы мозга принять координацию всех внутренних процессов, протекающих в любом живом организме, для обеспечения адаптации (приспособления) к окружающей среде с единственной целью — выжить, то мозг лягушки совершенен для лягушки, мозг обезьяны — для обезьяны, мозг человека — для человека, так как каждый из объектов представляет до сих пор не вымерший вид. Мы могли бы сказать, что мозг динозавров был несовершенен, раз они вымерли. Но не стоит забывать о том, что динозавры прожили более ста миллионов лет — срок для вида немалый, тогда как человек, даже если принять во внимание самые смелые гипотезы о его происхождении, существует как вид около двух-трех миллионов лет. Кроме того, к понятию «совершенства» организации человека и его мозга мы пришли не на основе строгого научного знания, а в силу субъективной переоценки возможностей человека.

Любое эволюционное усложнение организма — и в том числе мозга — всегда носило вынужденный характер. Переоценка фактора изменчивости, обусловленная блестящими открытиями Ч. Дарвина, несколько затмила не менее важную, а в конечном счете наиважнейшую особенность жизнедеятельности любого организма, а именно — относительную его стабильность, на что неоднократно обращал внимание академик В. И. Вернадский.

Можно сказать, что любое усложнение мозга происходило не от хорошей жизни, а было обусловлено нарушением относительного равновесия между организмом и средой обитания и представляло собой в сущности не что иное, как переход относительного равновесия на новый уровень. Пример некоторых беспозвоночных убеждает в том, что наиболее «живучими» оказываются наиболее стабильные организмы, то есть те, которые за много лет изменились очень мало.

Еще древние греки писали, что жизнь человека зависит от равновесия между космосом и хаосом (космос — все, что вне нас, хаос — все, что внутри). И если основная задача любого мозга — поддержание этого равновесия, то основная задача научного исследования мозга — выяснение структурно-функциональных закономерностей распределения в центральной нервной системе (ЦНС) механизмов регуляции «внутренних» и «внешних» процессов и механизмов взаимодействия между ними.

Как известно, ЦНС состоит из спинного и головного мозга, куда по разным нервным проводникам приходит информация как из внешней, так и из внутренней среды, и откуда (после соответствующей обработки) уже по другим каналам идут «команды» на исполнительные органы — на мышцы (это ответы главным образом во внешнюю среду), а также на различные внутренние органы и ткани.

Представляет ли мозг собой какую-то гомогенную однородную массу, в которой случайным образом разбросаны миллиарды нервных клеток, хаотично связанных друг с другом с помощью своих многочисленных отростков? Конечно, нет! Каждый вид информации поступает в мозг по своему каналу. Световые раздражения от глаза поступают по зрительному нерву в «зрительные» подкорковые образования, а затем — в затылочную область коры; слуховые сигналы поступают по слуховому нерву в слуховые подкорковые структуры и далее в височную область коры и т. д.

Но вот что тут важно: изолированность различных каналов по мере продвижения от рецептора в центральные отделы мозга постепенно уменьшается. И в самой коре «сферы влияния» различных анализаторов значительно перекрываются. Даже в центре той области коры, где представлен зрительный анализатор, можно найти нейроны, которые отвечают на слуховые, тактильные и прочие сигналы. По мере удаления от центра этой области к ее краям количество таких нейронов, представляющих другие органы чувств, возрастает. Это и позволяет выделять в коре проекционные и ассоциативные области. Разграничение между этими областями, разумеется, не жесткое и определяется наличием (в проекционных) или отсутствием (в ассоциативных) преобладания ответов на какой-либо один раздражитель (световой, духовой, тактильный и т. п.).

«Входов» в ЦНС для сигналов из внешней среды несколько (в соответствии с количеством органов чувств), а выход (во внешнюю среду) всегда один — двигательный. Ведь даже высшие функции человека (речь, труд, письмо) обеспечиваются на «выходе» мышечной деятельностью. И. М. Сеченов писал, что «все внешние проявления мозговой деятельности действительно могут быть сведены на мышечное движение».

Все системы «внешних» анализаторов располагаются в задних отделах спинного и головного мозга, в так называемой рецепторной пластине, которая заканчивается в задних отделах коры больших полушарий (затылочная, теменная и височная области). В передних отделах коры (в центральной и лобной областях) начинается двигательная система, которая занимает передние отделы головного и спинного мозга,— это моторная пластина.

В самых «интимных» центральных отделах спинного и головного мозга, между рецепторной и моторной пластинами, располагается висцеральная пластина, в которой сконцентрированы системы внутренней регуляции. В отличие от двух других пластин висцеральная пластина, в которой, кстати, тоже есть входы и выходы, не доходит до высшего коркового уровня, а заканчивается в подкорковых структурах головного мозга, в так называемой гипоталамической области.

Принципиальные различия висцеральных механизмов, с одной стороны, и сенсомоторных — с другой, заключаются в том, что «внешние» воздействия могут быть осознанны (в мозгу человека), а «внутренние» — нет.

Никаких изъянов здесь искать не надо. Слава Богу, что мы не осознаем, не видим, не слышим, как работают наши внутренние органы и ткани. Четко отлаженные, «автоматизированные» процессы гомеостаза, позволяющие поддерживать на заданных уровнях множество постоянных характеристик организма с помощью дыхания, сердечно-сосудистой и гормональной деятельности, не становятся менее важными, второстепенными, несущественными только из-за того, что нами не осознаются. Наоборот, уникальная, сложнейшая «индустрия» обменных процессов определяет, в конечном счете, жизнь.

Бессмысленно ставить вопрос о том, что важнее — регуляция «космоса» или регуляция «хаоса». Для выживания необходимо относительное равновесие того и другого. «Понятие биологического равновесия,— писал известный физиолог А. А. Ухтомский,— характеризуется именно тем, что оно приложимо для всех степеней интеграции, то есть для всех мыслимых биотических структур. Биологически имеется в виду именно тенденция к равновесию, которое практически может быть и недостижимо, пока продолжается жизнь».

Это деление мозга на три пластины, на системы внешних и внутренних анализаторов сочетается еще со многими другими принципами разграничения мозговых образований, и оно, конечно, достаточно схематично. Надо признать, что расчленение мозга на отдельные структуры, как и целостного поведенческого акта — на его составляющие, существует лишь умозрительно, лишь в наших рассуждениях. На самом деле мозг никогда не работает лишь одной какой-то частью, пусть даже большой и сложной, коей является кора больших полушарий. Мозг работает как целостная система, то есть обеспечение целостного поведенческого акта, от самого простого до самого сложного, осуществляется четким взаимодействием структур, как разного уровня организации (от периферийных до центральных корковых), так и разной принадлежности ко всем трем пластинам — рецепторной, моторной и висцеральной. Возьмем для примера один из наиболее общих и ведущих поведенческих актов — пищевой.

Сытое животное обычно спит. Но стоит только «голодной» крови подействовать на специальные рецептивные зоны висцеральной пластины, как тут же возбуждение передается на структуры рецепторной и моторной пластин, животное пробуждается и начинает активно «выбирать» из множества внешних сигналов, которые, кстати, существовали и во время сна животного, лишь те, которые могут иметь отношение к пище. Характер этих «нужных» раздражителей, например запах, вид, цвет, определяет целенаправленность дальнейшего поведения. В результате животное удовлетворяет свою потребность. И теперь уже «сытая» кровь снимает первоначальное возбуждение, идущее от вегетативных центров на кору. Если же потребность животного не удовлетворена, сохраняется его активность.

Главный вывод из сказанного заключается в том, что начало и конец поведенческого акта (голод и насыщение) определяется активностью вегетативных структур, а поиск пищи и реализация регулируется уже на уровне сенсорных и моторных образований. Интересно также и то, что наибольшие различия между животными проявляются в поиске и реализации, а не в состоянии голода или насыщения.

Когда речь идет о целостной работе мозга, это еще не значит, что мозг работает весь целиком в каждом отдельном случае. Кто-то образно сказал, что кпд мозга в каждый момент не более паровозного, около 10 процентов. Это и верно, и неверно. Действительно, никогда в одно и то же время не работают все миллиарды нервных клеток, но есть и такие структуры (в основном вегетативные, регулирующие сердечно-сосудистые, дыхательные, обменные процессы), которые работают беспрестанно, и гибель даже незначительного количества клеток в этих образованиях таит опасность для жизни всего организма. Напротив, в структурах коры больших полушарий, наиболее, «богатых» клетками, гибель даже заметного количества нейронов не приводит к сколько-нибудь заметным изменениям функций. Лишь далеко зашедший склероз, когда гибнут огромные территории коры (в основном ассоциативные структуры), указывает на дефицит мозговых функций, да и то лишь в интеллектуальной сфере, что, как иногда говорится, совсем не смертельно. (Именно так проявляются первые симптомы рассеянного склероза, с нарушения ассоциативных структур).

Общая схема распределения структурно-функциональных механизмов «внешних» и «внутренних» систем характерна для любого мозга млекопитающих, включая человека, а взаимосвязь и взаимодействие этих систем — проявляющиеся на любых уровнях, от спинального до коркового,— наиболее значимы, естественно, на высших. Нарушение взаимодействия внешних и внутренних систем, особенно на уровне коры больших полушарий, с одной стороны (где сосредоточены высшие центры анализаторных систем), и гипоталамуса — с другой (где представлены важнейшие вегетативные центры), приводит к самым тяжелым последствиям. Общая схема взаимодействия, однако, имеет множество специфических черт, присущих уже каждому представителю класса млекопитающих. В чем эта специфика и от чего она зависит?

В одном из экспериментов была изучена реакция на «чувство страха» крыс и кошек, которых приучили к тому, что через равные промежутки времени обязательно последует удар током. Нормальные крысы и кошки в предчувствии этого удара ведут себя по-разному. Крыса съеживается и пассивно ожидает своей участи, кошка, наоборот, бросается на клетку, на экспериментатора, на пищу, то есть ведет себя крайне агрессивно. Внешне кажется, что кошка ведет себя более «совершенно» (а вдруг удастся предотвратить удар).

После разрушения определенной связи между вегетативными и высшими сенсорными центрами (между гипоталамусом и корой) реакция кошки стала «крысиной», то есть пассивной.

Морфологи показали, что количество волокон в этом «разрушенном» пучке у кошки в несколько раз больше, чем у крысы,— это связано с гораздо более сильным развитием корковых систем мозга кошки по сравнению с крысой, в то время как их вегетативные структуры практически не разнятся. «Упрощение» взаимосвязей сенсорных и вегетативных образований мозга кошки ведет к «упрощению» и поведенческой реакции.

С человеком подобных экспериментов не проводилось, но мы знаем, что количество тех же самых волокон в мозгу человека гораздо больше, чем у кошки,— это зависит от значительно большего развития коры больших полушарий. И обратившись к собственному опыту, можно утверждать, что предчувствие неприятности или радости подчас оказывает на человека гораздо более сильное воздействие, чем сама неприятность или радость. Наше богатое воображение может с одинаковым успехом служить основой, как творчества так и инфаркта…

М. М. Хананашвили провел эксперимент, но уже без вмешательства в структуры мозга. Если собаку заставить выполнять условно-рефлекторные действия во все более убыстряющемся темпе, не давая животному времени на отдых, то у нее можно вызвать тяжелейший невроз, который назван информационным (!).

Описаны случаи повышения смертности от сердечных недугов при перенаселенности заповедников зебрами, когда общественные отношения между особями создают «психологически» крайне сложные ситуации.

Создается такое впечатление, что наиболее типичные для человека болезни (сердечнососудистая и нервно-психическая патологии) могут проявляться и у животных, но для этого необходимы как минимум два условия: достаточно высокоорганизованный мозг и неестественно сложные для животных — «человеческие» условия жизни.

Начнем с первого условия — высокоорганизованного мозга, и вернемся к началу статьи, где ставился вопрос о структурных предпосылках особой ранимости, уязвимости мозга человека. То, что уже было сказано о взаимодействии «космоса» и «хаоса», подсказывает: причины уязвимости мозга человека следует искать в тех эволюционных закономерностях, которые обусловили максимальную степень сложности человеческого мозга.

Идея относительного равновесия (биологического равновесия, по А. А. Ухтомскому) находит свое выражение в одной из важнейших закономерностей развития мозга млекопитающих (и даже шире, мозга хордовых), а именно — закономерности дивергентного (разнонаправленного) развития эволюционно наиболее молодых и наиболее старых формаций мозга.

Закономерность эта не проста не только в своем существе, но и для понимания. Прежде всего, необходимо исходить из того, что мозг работает как единое целое, и нет каких-то особых структурных элементов, присущих, например, лишь мозгу человека в отличие от всех животных. Нервные элементы, составляющие мозг, могут быть разной степени сложности, в зависимости от развития отростков, но даже самый сложный элемент можно найти в коре и человека, и обезьяны. Нейроны могут образовывать разные структурные комплексы — в виде округлых, ядерных или в виде слоистых, корковых, которые, в свою очередь, могут образовывать одно- или двухслойные и многослойные (шести-семислойные) структуры, но опять-таки даже самые многослойные образования не являются исключительной «собственностью» человеческого мозга. Вот и получается, что элементы, составляющие мозг, одинаковы, а сами мозги разные. За счет чего? Количества?

На первый взгляд, да, количества. Мозг человека больше мозга любого животного, кроме слонов и китообразных. Значит, показатель абсолютного веса мозга не годится, тем более, что и среди людей известны огромные различия в весовых характеристиках мозга. Так, мозг Кромвеля весил 2200 граммов, И. С. Тургенева — 2000 граммов, Анатоля Франса — всего 1000 граммов, а у Луи Пастера — вследствие, вероятно, травмы в далеко не старческом возрасте — на месте одного из полушарий был обнаружен лишь рубец, что не лишило, однако, его возможности все свои великие открытия сделать именно в зрелом возрасте. Значит, на этом направлении поиска нет ответа на вопрос.

Тогда, может быть, ведущим фактором развития мозга могут служить относительные показатели? Веса мозга, например, к весу тела? Но и тут есть исключения. Мелкие птицы (воробьи и попугаи) отнимают «первенство» у человека. И здесь нет ответа. А если сравнивать степень развития отдельных образований мозга? Например, коры больших полушарий, с которой связывают и наиболее сложные функции.

Сопоставляя площадь поверхности коры больших полушарий и объема (или веса) головного мозга самых разных представителей класса млекопитающих, обнаруживаем, что между площадью коры и весом (объемом) головного мозга есть линейная прямая пропорциональная зависимость.

С позиций построения правильных геометрических фигур этого не должно быть. Если, к примеру, объем куба увеличить в 8 раз, то площадь его поверхности увеличится лишь в 4 раза. А если при том же объеме поверхность будет вдвое больше, то, естественно, она должна быть размещена с помощью складок, направленных внутрь объема.

Найденные пропорции указывают на то, что количество борозд и извилин (складчатость) коры должно быть тем больше, чем больше объем (вес) мозга. И действительно, у кита 88 процентов всей поверхности коры располагается в бороздах, у дельфинов этот показатель колеблется от 75 до 85 процентов, у слона — 79, у человека — 64 процента, а у ежа и вовсе нет борозд и извилин, хотя у всех этих существ (от ежа, вес мозга которого 4 грамма, до кита-финвала, вес мозга которого более 7000 граммов) одинаковы соотношения площади коры и веса головного мозга.

Причин такой зависимости мы не знаем, однако следствия указывают на то, что не в извилинах дело, ибо их количество зависит от веса (объема) мозга, который, в свою очередь, связан с размерами (массой) тела. И здесь, следовательно, мы не нашли ответа. Но говоря о поверхности коры больших полушарий самых разных существ, мы должны учитывать, что под этой поверхностью располагаются разные по структуре и происхождению зоны. Всего их в мозге любого млекопитающего пять. Это древняя кора, наиболее примитивная однослойная корковая структура, появившаяся еще у рыб и сохранившая основные черты своей организации вплоть до высших млекопитающих.

Старая кора также однослойна, но, более сложно организованная, начинает свою «историю» от рептилий. Две межуточные, еще более сложно организованные трехслойные структуры, являющиеся переходными от древней и старой коры к новой коре, которая наивысшего «расцвета» достигает у млекопитающих. Шестислойная новая кора является и наиболее изменчивой. Все эти пять основных корковых зон представлены в коре больших полушарий мозга любого млекопитающего, но… в разных соотношениях. От ежа, у которого все корковые зоны представлены равномерно, до человека прослеживается явное относительное нарастание новой коры и столь же явный регресс древней коры, то есть разнонаправленное развитие новой и древней коры.

Если у ежа и новой и древней коры около 30 процентов, то у человека новая кора составляет 96 процентов, а древняя — всего лишь 0,6 процента.

Закономерность дивергентного развития носит общий для всего мозга характер. В эволюции нет «чистых» надбавок, ничем не компенсируемых, и в мозге увеличение самых новых сложных структур всегда сопровождается уменьшением самых старых и простых. Относительный характер этих изменений напоминает песочные часы — если чего-то больше, то другого на столько же меньше, ибо в сумме — единица. А в отношении целого мозга дивергентное развитие проявляется в увеличении удельного веса структур, обеспечивающих контакт организма с внешней средой («космос»), и столь же разительном уменьшении удельного веса висцеральных структур, обеспечивающих регуляцию внутреннего мира («хаос»), В наиболее ярком виде эта дивергенция представлена в мозге человека.

Действительно, все наши внутренние процессы (регуляция нашего бренного) ничем принципиально не отличаются от таковых у всех других млекопитающих. Регуляция обмена веществ, температуры, гормонов, сосудистого тонуса, дыхания и прочего у человека такая же, как и у животных. В области же сенсорного восприятия и двигательных ответов, включая речь и труд, человек разительно отличается от всех других обитателей планеты.

Гигантски развитая новая кора больших полушарий, казалось бы, могла бы справиться со сложной и весьма ответственной задачей координации не только «внешних», но и «внутренних» механизмов. Нет, нельзя требовать от коры больше того, что ей дано природой, ибо центры вегетативной регуляции располагаются на уровне подкорки в гипоталамической области. Разумеется, в коре существует представительство вегетативных функций, как в гипоталамусе — представительство сенсорных.

Взаимодействие и взаимовлияние — основа работы ЦНС. Но даже полное отсутствие новой коры не упраздняет ни одной вегетативной функции, в то время как разрушение лишь небольших по объему структур висцеральной пластины с центрами регуляции жизненно важных функций делает бессмысленной полную сохранность всего остального мозга, ибо наступает смерть или глубокая инвалидность.

Огромное социальное значение внешней среды и сознательных форм взаимодействия с ней вызвало вполне объяснимую недооценку механизмов внутренней среды, работающих на уровне автоматизма и подсознания, а вернее, предсознания. Во многих случаях исходным мотивом поведения животных и человека являются факторы внутренней среды, неосознаваемость которых оставляет их как бы «за занавесом». Недаром И. П. Павлов писал, что и человек расселяется по Земле «в поисках хлеба насущного».

В свете основного свойства ЦНС — целостного функционирования — малый «удельный вес» висцеральной пластины в мозге человека указывает на особую, эволюционно обусловленную уязвимость мозга человека по сравнению с животными, особенно если учесть, что весь внешний мир с каждым годом все сильнее и психологически напряженнее воздействует на нервную систему людей. Наша «вегетатика» просто не справляется с колоссальными нагрузками нашего бытия.

Нет ничего удивительного в том, что в современном мире, особенно в экономически развитых странах, каждый десятый человек болеет гипертонией, а смертность от сердечно-сосудистой патологии прочно занимает первое место в мире.

Сопоставляя морфологические данные об эволюционной специфике организации мозга человека с огромным усложнением общественного бытия, в котором психологические нагрузки сочетаются с сидячим образом жизни, со спазмирующим действием никотина и алкоголя, с загрязненностью атмосферы городов, нафаршированной аллергенами, с возрастанием звукового и вибрационного фона, можно с уверенностью сказать, что к моменту взросления человеческий организм уподобляется полуфабрикату гипертонической или какой-либо другой сердечнососудистой или нервно-психической патологии. В мире животных человек — это сенсорный колосс на глиняных вегетативных ногах. И даже если эти ноги по крепости не уступают таковым у животных, то психологическая ноша человека оказывается все более тяжелой, и подкашиваются эти ноги тем легче, чем дальше мы уходим от естественных условий существования во все более усложняемую нами самими окружающую среду.

Пессимизм данного высказывания вовсе не означает отказа от действий. Наоборот, вера в разумное начало в человеке, в его значительные потенции предвидения создает реальные предпосылки к возможности наведения порядка в собственном доме, то есть в биосфере Земли. Но вера в разум не должна быть слепой. Кроме утешительных слов, необходим и фактический материал для оптимистических построений. Объективное и непредвзятое изучение человека и его мозга должно заставить нас пересмотреть свое несколько эйфорическое отношение к человеку как к «венцу природы».

Человеку свойственно ошибаться, в том числе и ученым. Недаром говорят, что в науке, как в супружестве,— сначала очарование, затем разочарование и уж потом реальное видение. Несмотря на колоссальные успехи современной науки, особенно в технических областях, о человеке мы знаем чрезвычайно мало, а худшее то, что даже это малое мы порой не истолковываем.

Автор: В. Кесарев.