Нерешенные вопросы нейробиологии

В последние годы нейробиологам удалось совершить несколько революционных открытий, и наши представления о мозге сегодня несопоставимы с теми, что бытовали всего 50 лет назад.

Почему большинство людей праворукие?

Примерно 85% людей правши. Праворукость для нас, как правило, означает, что человек держит ручку правой рукой, когда пишет. Между тем грамотность еще не является всеобщей, а всего пару столетий назад грамотными и вовсе были единицы, но люди уже тогда подразделялись на левшей и правшей. Обращаться с пером они не умели, но использовали доминантную руку во время еды или в мастерской — и это чрезвычайно важно — при изготовлении вещей.

Однако мы забегаем вперед. Чтобы проявлять хоть какую-то «рукость», человеку нужно было обзавестись руками, став прямоходящим и высвободив две передние конечности для манипуляций с предметами. Были ли у гоминид руки? Самые убедительные свидетельства дают наблюдения за обезьянами. Когда крупные приматы ходят, опираясь на все четыре конечности, они не отдают предпочтения ни одной из них. Однако все меняется, когда они передвигаются на задних «ногах». В этом случае особи более охотно пользуются одной из «рук» — левшей и правшей примерно равное количество.

пишет
Большинство из нас отдает предпочтение одной руке перед другой. Является ли это случайным следствием обретения языка?

Антропологи воспользовались своими собственными предпочтениями, чтобы глубже изучить вопрос: леворукие и праворукие ученые изготовили каменные орудия труда, применяя методы, которыми пользовались наши древние предшественники. Они сравнили свои изделия с доисторическими артефактами, найденными в результате археологических раскопок. Результаты показали, что правая рука стала доминировать над левой примерно 600 000 лет назад. Что же изменилось? Доподлинно известно, что мозг животного распределяет нагрузку между двумя половинами. Например, рыба вероятнее всего отслеживает добычу, используя правый глаз (и левую половину мозга).

Предполагается, что правое полушарие занято другой работой — возможно, оно ищет угрозы в окружающей среде. Таким образом, мозг наших четвероногих предков, вероятно, уже умел делегировать задачи тому или иному полушарию. Четкий сдвиг в направлении одностороннего доминирования верхней конечности начался около 600 000 лет назад и, как полагают, был не чем иным, как простой случайностью.

Большинство людей использует левое полушарие для обработки речи — осмысленных фраз, не животных рыка и урчания. Господствующая ныне теория гласит, что язык развился в левом полушарии, и одновременно правая сторона тела (контролируемая левым полушарием) также стала доминирующей. И в первую очередь это коснулось правой руки. Но чтобы доказать эту теорию, потребуется сканирование мозга пещерного человека. Кто-то из вас верит, что это однажды произойдет?

Почему и как мы плачем?

Плачут только люди. Но с нами это происходит только тогда, когда нас переполняют эмоции. Глаз всех млекопитающих продуцирует слезы, которые выполняют сугубо утилитарную функцию очищения глаза. Человеческий плач говорит нам многое о нас самих. Слезы служат сигналом, и мы строим теории, чтобы понять, как должен чувствовать себя плачущий человек — мы помним, что чувствуем мы сами, когда плачем. В этом смысле плач — одна из мимических функций, используемая как средство коммуникации, и он говорит нам об одной из крайних, глубоко переживаемых эмоций, которую сложно выразить словами.

плачет
Вы плачете или вам что-то попало в глаз?

Другая теория указывает на наличие гормонов в человеческих слезах. Согласно этой теории, причина того, что слезы стали главным средством выражения эмоций, состоит в том, что первоначально они служили для высвобождения химических веществ, продуцируемых гипофизом, в момент, когда тело находится в состоянии стресса. Но как бы то ни было, система является мощным средством — люди могут оплакивать смерть любимого животного, тогда как биологическая семья самого животного не проронит ни слезинки.

Достаточно ли умен мозг, чтобы понять самого себя?

Это какой-то парадокс. В нашем распоряжении имеется только человеческий мозг, чтобы с его помощью понять, как этот мозг работает. Стало быть, человеческий мозг является самой сложной системой во всей Вселенной. И тем не менее, если мы хотим постичь его, нам необходимо следовать некоторым простым правилам — и больше ничего. Но если устройство мозга так уж просто, есть ли смысл ставить задачу выяснить, как он работает?

Сегодня ответ таков: мозг не столь изощрен, чтобы понять самое себя. Между тем, поскольку научные данные о нем стали публиковаться около 100 лет назад, человечество, как видно, становится все умнее. Кто-то полагает, что устройство мозга сегодня сохраняется на том же уровне, что и 100 лет назад, и мы (каждый в отдельности или все вместе) просто все лучше и лучше используем наше серое вещество.

мозг
Эту хитрую фотографию сделал человеческий разум. Но настолько ли мы умны, чтобы понять, что это такое?

Может ли мозг позволить себе лениться?

В поисках ответа на этот вопрос можно идти двумя путями. Первый из них – трагический: нужно понять, что мозг может сделать для человека, чтобы его можно было считать живым. За ответом стоит обратиться к заднему мозгу: здесь дыхательные центры сохраняют способность стимулировать непрерывное дыхание, тогда как остальные отделы мозга фактически бездействуют. Согласно медицинским канонам, такой мозг еще считается живым, хотя никогда уже не восстановится. Но куда более занимательное решение связано с часто упоминаемым «фактом»: якобы обычные люди используют только 10% мозга, тогда как гении привлекают больше ресурсов, так как стремятся выйти на новый уровень познания. Но это не более чем досужие рассуждения, проистекающие от неосторожного замечания, которое приписывают Альберту Эйнштейну. Он бросил его в попытке разъяснить, как ему удалось сделать столько открытий или даже все открытия сразу.

Мы используем весь мозг, но никогда все части одновременно. (Между тем мозг очень требователен к остальному телу. Пятая часть всего кислорода, поступающего в легкие, используется для того, чтобы поддерживать работу мозга.) Условно мозг может находиться в «состоянии покоя»: по базовому уровню альфа-волн действительно можно сказать, что мозг «ничего не делает». Но несомненно, что, находясь в таком состоянии, он продолжает выполнять множество функций. Исследователи рассматривают его как исходный уровень активности мозга, чтобы иметь возможность определить подъем уровня активности, оценить, насколько интенсивно мозг функционирует.

Таким образом, состояние покоя – это форма активности, характерная для мозга всех людей. Стало быть, вопрос не снят. Состояние покоя бессознательно, оно определяет работу мозга, даже когда мы не делаем ничего. Когда же мозг чем-то занят, то есть реагирует на стимулы, какая часть его активности продолжает существовать в области бессознательного? Верно ли предположение, что «сознание» ассоциируется только с повышенным уровнем активности мозга?

Как мозг определяет длительность времени?

Даже не имея часов, мы знаем, что время течет. Для этого природа подает нам очевидные знаки: солнце встает и садится, а наше тело следует суточному ритму: чувствует голод и потребность во сне. Этот ритм называется циркадным, и он в конце концов зависит от изменения уровня освещенности. Между тем мозг должен различать более короткие временные промежутки. Исполнение музыки, занятия спортом и элементарное говорение требуют, чтобы мозг координировал движения длиной в миллисекунды. Предполагают, что этот хронометраж контролирует мозжечок, но в действительности никто этого не знает.

Кроме того, дифференциация периодов длительностью в несколько минут или часов важна для планирования или упорядочения памяти. Мы можем повторять одно и то же действие по нескольку раз в день, но мозг для каждого отводит индивидуальное временное пространство. Наиболее правдоподобные теории о методе, которому мозг при этом следует, как правило, касаются гиппокампа. Предполагается, что гиппокамп играет роль видеорегистратора, способного фиксировать события, а затем прокручивать их назад в отредактированном виде, переводя или не переводя их в долгосрочную память.

часы
Работают ли внутри мозга часы или даже несколько часов? Ходят ли они синхронно и соответствуют ли друг другу?

Забыть — значит лишиться памяти или способности воспроизводить воспоминания?

След памяти в мозге слишком слаб, чтобы ученые могли его проследить. Нейробиологи убеждены, что воспоминания в мозге организованы по ассоциативному принципу, однако о местоположении ничего не известно. Ученым остается лишь наблюдать за мозговой активностью, порождаемой попытками воспроизведения отдельных эпизодов. Результаты наблюдений принято представить в виде кластера трехмерных пикселей, называемых вокселями.

Современные сканеры не способны интерпретировать воксель мозговой активности и локализовать его в рамках некоей сети нейронов. Однако технические возможности проливают свет на то, как мы вспоминаем. Недавние исследования дают основание полагать, что факты нашего прошлого постоянно борются за то, чтобы быть зафиксированными в памяти. Чтобы воспроизвести воксель одного воспоминания, мозгу необходимо забыть или по крайней мере ослабить воксель другого.

Другими словами, в мозге происходит активное забывание содержимого памяти. Потому возникает знакомая всем ситуация: когда идет допрос свидетеля и его просят припомнить, что он видел, в его памяти оживают наиболее яркие воспоминания, тогда как другие систематически подавляются. Этим, возможно, и объясняется, почему в процессе перекрестного допроса на суде память свидетелей притупляется, они смутно припоминают некоторые детали. Например, свидетель может прилагать неимоверные усилия, чтобы вспомнить, что было в тот день на обед или во что он был одет. Некоторые подозревают, что туманность показаний указывает на то, что свидетель лжет. Другие же указывают на то, что вспоминание чего-либо подразумевает забывание чего-то еще.

Почему мы видим сны?

Картина Анри Руссо 1910 года «Сновидение». Это искусство, но действительно ли это картина из сновидений?

Если вы думаете, что кто-то знает точный ответ на этот вопрос, очнитесь, вам это снится! Существуют два взгляда на природу сновидений: в рамках физиологического подхода сон рассматривают как артефакт, случайное — и бессмысленное — проявление активности спящего мозга. Аргументы физиологов сводятся к тому, что наше сознание активируется в фазе быстрого сна, когда мозг обрабатывает итоги прошедшего дня. Любой смысл, который мы придаем этому этапу, — чистая фантазия, наша способность приспосабливать модели к реальным вещам.

Согласно психоанализу сновидения представляют собой сознательную проекцию активности бессознательного. Этот подход — в значительной мере дискредитированный сегодня — предполагает, что содержание наших снов отражает наиболее значимые для нас вещи и служит окном в наше подсознание, где идет невидимая борьба идей. Чтобы осознать истинную подоплеку сновидений, нам следует понять, почему вообще мы спим. И опять-таки никто этого пока не знает. Если сон дает телу время для отдыха и восстановления, мозг в значительной мере сохраняет свою активность во время сна, давая некоторым основания утверждать, что он в это время «занимается администрированием».

Возможно, мозг обрабатывает воспоминания о прошедшем дне, избавляясь от одних и сохраняя другие. Не исключено, что мозг формулирует также некоторые важные установки — говорят же, что сон на проблемах очень помогает в их решении.

Какие коды используют наши нервы?

Многим из нас известно, что компьютер программируется с помощью двоичных кодов, представляющих собой последовательность цифр 1 и 0. Эти числа — переменные, биты данных, входные данные пользователя и выходные данные машины, но они также и инструкции, контролирующие процесс, с помощью которого процессор обрабатывает эти переменные.

Вопрос о том, как это все работает, в данном случае слишком академичный, но мы же ищем ответ на вопрос о функциях мозга: «Верно ли, что мозг функционирует с использованием неких "мозговых кодов”»? Пути, по которым нервные импульсы перемещаются вдоль нейронов, а затем передаются к соседним клеткам, сегодня хорошо прослежены.

Также выяснено, что сигналы от одного «расположенного выше по течению» нейрона могут либо стимулировать «стоящий ниже по течению» соседний нейрон, побуждая его посылать сигналы дальше, или наоборот, прекращает или тормозит передачу этих или других «выше расположенных сигналов». Как правило, это объясняют тем, что переменные оказываются закодированными частотой нейронных сигналов.

Сигналы с большей частотой имеют больший эффект, чем низкочастотные. Однако сейчас полагают, что нейроны способны модулировать скорость возбуждения. Как способ кодирования информации клетка может менять периодичность каждого последующего электрического сигнала на несколько миллисекунд. Так же, как нам еще предстоит многое понять в физическом устройстве мозга, нам еще больше нужно узнать о способах его функционирования.

сигналы, вспыхивающие между клетками мозга
Можем ли мы сравнить сигналы, вспыхивающие между клетками мозга, с программным обеспечением, меняющим электронную схему компьютера?

Можно ли сохранить мозг после смерти — и снова воспользоваться им?

Задача медицинской науки – отодвигать момент смерти, секунду за секундой, минуту за минутой. Сегодня нет ничего необычного в том, что после четырех- или пятиминутного пребывания по ту сторону жизни, людей возвращают на этот свет, после чего они возвращаются в привычный для себя ритм. Человек может находиться без сознания и дольше. Однако главная проблема остается прежней: общеизвестно, что через несколько минут после остановки сердца, а значит, и прекращения подачи кислорода, мозг (а также остальное тело) умирает. Но это не совсем так. Клетки начинают отмирать, но этот процесс занимает значительно больше пяти минут.

Тем не менее, если по прошествии пяти минут заставить сердце биться вновь, реперфузия, то есть внезапное восстановление кровяного давления, приведет к разрушению большей части мозговой ткани. Как показывает наука, тело перешло в состояние, несовместимое с жизнью, и любые попытки вернуть ее только ускорят разрешение. Если повреждения от реперфузии можно было бы устранить, время смерти можно было бы отодвинуть еще дальше, возможно, на часы.

Некоторые предпочли остановить часы в момент смерти и заморозить свой мозг или все тело в жидком азоте. Если мозг такого человека не был поврежден, то есть смерть мозга не наступила прежде остановки сердца, — сохраняется возможность восстановить кровоток в «размороженном» теле без побочных эффектов. Препятствий сохраняется множество. Но у отдавших предпочтение морозильной камере есть важный союзник — время.

Каким образом мозг предсказывает события?

Мозг — предсказывающий механизм. Мы понимаем окружающий мир, поскольку моделируем вероятные результаты событий, основываясь на нашем прошлом опыте и регулярно обновляя его с течением времени. Именно таким образом мы оказываемся способными понимать речь. Мы не сравниваем звуки с базой данных их значений; мы просто предсказываем, какой звук, вероятнее всего, будет следующим, основываясь на нашем собственном свободном владении языком.

Мы осознаем, что говорящий может сказать дальше, до того, как он это произнес. Такая способность предвидения ближайшего будущего — решающий фактор специфической человеческой формы интеллекта. Но в то же время относительно локализации «центров предвидения» в мозге (если таковой вообще существует) и о том, как они в реальности работают, пока имеются только предположения.

восприятие окружающего мира
Наше восприятие окружающего мира представляет собой лишь интеллектуальную модель, основанную на предыдущем опыте.

Как мы учимся говорить?

В этом вопросе подразумевается концепция «нищеты стимула». Некоторые лингвисты утверждают, что язык слишком сложен для младенцев, чтобы выучить его быстро, учитывая их незначительную осведомленность о правилах языка. Младенец прислушивается к другим и в ответ начинает говорить. Он общается, повторяя слова, и в конце концов младенец начинает использовать предложения. Ребенок их не повторяет. Он способен конструировать правильные предложения, которые ни от кого никогда до этого не слышал.

Также лингвисты говорят, что ребенку на этой стадии его развития не предоставляли достаточно возможностей для усвоения правил языка. Поэтому, как они утверждают, в мозге должен существовать врожденный языковой центр, позволяющий детям осваивать языки в соответствии с заданными правилами. Для подкрепления этой точки зрения они указывают на то, как языки развивали сходный синтаксис. Тем не менее эти идеи в настоящее время выглядят довольно устаревшими. Начиная с 1960-х годов, когда они впервые были предложены, наше понимание истинной мощи нашего мозга — и в действительности, искусственного интеллекта — способствовало тому, что большинство людей от таких доводов отвернулись.

Одна из альтернативных идей заключается в том, что мозг младенца распознает образ слова и предложения, которые он слышит, и таким путем старается распознать правила, стоящие за языком. После 18 лет учебы средний носитель английского языка знает 60 000 разных слов (хотя очень редко использует большинство из них). Следующий вопрос — как мы можем быть уверены, что знаем, что именно каждое из них означает? Единственный выход — спросить кого-то еще. Но как они это могут знать?

говорит
Как я говорил…



Поделиться ссылкой