Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания бесплатное чтение
Вячеслав Дубынин
Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания
© Дубынин В. А., текст, 2024
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024
* * *
Введение
Добрый день, дорогой и уважаемый читатель!
Эта книга – своеобразный концентрат многолетнего научного и преподавательского опыта автора как исследователя нервной системы, центральной и периферической, головного и спинного мозга, их строения и функций.
Деятельность мозга – совершенно необъятная и бесконечно интересная область. Как работают зрение и слух, центры сна, внимания, двигательного контроля? Что лежит в основе обучения и памяти? Как мы мыслим и принимаем решения? Какие функции выполняют конкретные гены, гормоны, нейромедиаторы, группы нервных клеток?
Вопросов – миллионы, и многие из них касаются наших потребностей, мотиваций, эмоций. Именно эта сфера активности мозга является самой глубинной основой поведения человека. За каждой реакцией – от простейшего рефлекса до сложных совокупностей действий – мы можем обнаружить решение определенной задачи, выполнение определенной программы. Еда, безопасность, размножение, новая информация, стремление лидировать, подражать, защищать территорию, преодолевать препятствия, заботиться о «своих» – вот только некоторые из таких программ. Мы не всегда способны дать им четкую характеристику (поэтому потребности часто относят к «бессознательному»), но без них – никак. Потребность создает мотивацию, мотивация запускает поведение, поведение приносит результат – в том числе положительные и отрицательные эмоции. На основе эмоций мы учимся, копим индивидуальный опыт навыков, позволяющих удовлетворять потребности. Вот оно, «колесо жизни».
Наибольшее значение имеют «биологические» потребности, они инсталлированы эволюцией в любую сложную нервную систему. Их набор видоспецифичен – то есть одинаков у всех Homo sapiens, у всех амурских тигров, белых крыс, медоносных пчел. В философии, психологии, физиологии мы можем обнаружить списки таких основополагающих потребностей и варианты их классификации. Автор этой книги, будучи нейробиологом, использует подход, предложенный выдающимся исследователем мозга академиком Павлом Васильевичем Симоновым. Жизненно необходимые потребности, взаимодействие с другими особями своего вида, игра, исследование мира, подражание, эмпатия – все это подлежит объективному научному изучению. В отношении каждой из таких программ мы стремимся узнать:
• какие области мозга ее обеспечивают;
• какие гормоны для нее значимы;
• какие гены предопределяют формирование и врожденную настройку соответствующих нейросетей;
• какие сигналы, стимулы, факторы внутренней среды организма эти нейросети активируют или тормозят;
• как мы можем управлять уровнем потребности путем педагогических и психологических воздействий (воспитание, психотерапия), за счет фармакологических препаратов (медицина);
• и так далее – вплоть до вклада той или иной потребности в экономические процессы и в качестве источника вдохновения – в создание произведений искусства.
С чего началась эта книга? С лекций и публикаций, посвященных еде (голоду), привязанности (половое и родительское поведение), безопасности (реакция на стресс, проявления страха, тревоги, агрессии). А на следующем этапе возникла идея охватить сферу биологических потребностей более-менее в целом, опираясь на классификацию П. В. Симонова. В результате на основе отдельных выступлений появился учебный курс «Мозг и потребности человека», который уже несколько лет читается в МГУ имени М. В. Ломоносова. Читается в двух вариантах: более «популярном», ориентированном на психологов и всех интересующихся этой проблемой (у нас в МГУ это называется МФК – межфакультетский курс), и более «клеточно-молекулярном» – для студентов кафедры физиологии человека и животных биофака.
Текст, предлагаемый вашему вниманию, – синтез двух этих подходов. В основе книги десять глав – десять историй о таких потребностях, как питание, размножение, забота о потомстве, любопытство.
Безопасности посвящены две главы: одна – про страх, избегание; вторая – про агрессию, борьбу, сопротивление. Еще есть главы про зеркальные нейроны (эмоциональное и двигательное подражание), гомеостаз и здоровье, лидерство, глава про менее изученные программы – вроде лени (экономия сил), свободы, груминга (уход за телом).
Наконец, имеются первая глава – вводная – про мозг вообще, про базовые принципы его функционирования; и последняя, двенадцатая, – мостик в область нейрохимии и нейрофармакологии.
Что вы узнаете из этой книги? Что получите? Я искренне надеюсь, что, помимо массы деталей, конкретных фактов, описывающих работу мозга и всего организма, вы сможете уловить единство самых разных составляющих нервной системы и тела человека. Можно отдельно говорить о пищеварении, о работе сердца, почек или о памяти, эмоциях, сне. Но реально – все это целостность, которая является результатом сотен миллионов лет усложнения позвоночных вообще и млекопитающих в частности, а также итогом миллионов лет эволюции группы человекообразных обезьян. Даже самые высшие проявления нашей психической деятельности (мышление, речь, альтруизм, стремление к творчеству) возникают не на пустом месте, имеют определенную биологическую целесообразность, адаптивный смысл. Надеюсь, в результате чтения этой книги, дорогой читатель, вы станете осознаннее относиться ко многим психическим явлениям, а такие прямо связанные с потребностями феномены, как стресс, лень, любовь, разнообразие испытываемых нами чувств и эмоций, станут более поддающимися контролю или хотя бы анализу.
Потребности – та сила, которая способна превратить отдельные сиюминутные реакции, возникающие прежде всего в ответ на стимулы внешней среды, в гораздо более содержательную цепь действий, ведущую к серьезному успеху. Они способны нарушить привычную рутину существования, подталкивают нас строить жизненные планы и совершать реальные действия. Одно из таких действий – открыть эту книгу и отправиться в путь по ее страницам и главам. Успехов вам, радости от новизны фактов и познания самого себя!
Глава 1. Общие принципы строения и работы мозга. Классификация потребностей
На что похож наш мозг?
Мозг, как и нервная система в целом, – очень сложно устроенный орган. Во все времена и эпохи люди, понимая его важность, пытались с чем-то его сопоставить – как правило, со сложными техническими изобретениями, на тот момент передовыми.
Например, Рене Декарт в XVII веке сравнивал мозг с механико-пневматической системой, где имеются различные рычаги, шестеренки и баллоны с газом. В XIX веке мозг пытались уподобить телефонной станции, потому что в нем есть структуры, похожие на провода, присутствует связь центра и периферии, а внутри ведутся постоянные «разговоры».
Сейчас мы в основном сравниваем мозг с компьютером, это понятная всем аналогия, хотя и она не совсем точна. Так, у нас в голове есть «центральный процессор» – высшие зоны коры больших полушарий. К ним относятся области, которые занимаются мышлением, принятием решений. Для того чтобы центральный процессор работал, ему нужны дополнительные вычислительные устройства, которые находятся на входе и выходе. В компьютере устройства ввода – это клавиатура, микрофон, видеокамера – все они передают сигналы внутрь, к «мозгу». У человека это делают различные органы чувств – вместо камеры у нас глаза и сетчатка, вместо микрофона – уши и улитка.
Или, например, блоки памяти. В компьютере память бывает оперативная, для выполнения задач «здесь и сейчас», и та, что надежно сохраняет информацию на винчестере или его аналоге. У нас тоже есть кратковременная и долговременная память. За то, что мы помним, что поставили на плиту молоко две минуты назад, и за то, что помним, как в первом классе мы подарили учительнице гладиолусы с дачи, отвечают разные процессы, происходящие на уровне отдельных нервных клеток.
Компьютерному блоку питания в нашем мозге соответствуют центры сна и бодрствования. И хотя сам по себе этот блок не очень сложный, но если он сломается, компьютер работать не будет. Человек же при повреждении этих небольших по объему центров впадает в коматозное состояние.
Рис. 1.1. Вверху слева: нейрон; вверху справа: синапс. Внизу: пример нейронной сети
Огромную роль в работе нашего мозга играют центры потребностей. Современные компьютеры тоже умеют заявлять о своих «нуждах»: «Кончается заряд аккумулятора, подключи меня к сети», «Пришла почта, посмотри», «Не пора ли обновить антивирусную программу?». Можно легко представить ситуацию, когда, услышав, как хозяин вошел в квартиру, ваш ноутбук включается и говорит: «Не хочешь ли поиграть в новую стрелялку?» или «Я подобрал интересный фильм под твой запрос». То есть что делает компьютер? Ведет себя активно, навязывая пользователю те или иные реакции. «Нет, ты не можешь проигнорировать, нажми кнопку “Да” или кнопку “Нет”». Так же, как человек не может проигнорировать, например, сильное чувство голода, – мозг требует решения.
Кроме того, и в компьютере, и в мозге есть устройства вывода – блоки, направленные вовне. В ПК это принтер или дисплей, а в нашем организме – мышцы и внутренние органы. Когда мозг что-то делает, в том числе ищет пути удовлетворения той или иной потребности, мы шевелим руками и ногами. А наше сердце, кишечник, почки, легкие работают для того, чтобы все эти движения были обеспечены кислородом, глюкозой и прочим. Все это работает, чтобы мы жили долго и по возможности счастливо.
Если копнуть чуть глубже, мы увидим, что компьютер состоит из микрочипов, а мозг – из нейронов и расположенных между ними вспомогательных (глиальных) клеток. Нейроны (те самые нервные клетки, о порче которых мы так часто вспоминаем в стрессах) и микрочипы – это примерно один уровень организации. Поговорим об этом подробнее.
Нервная клетка (рис. 1.1, слева) – это ветвистое образование, у которого есть центральная часть, ее называют сомой. В этой соме находится ядро и различные органоиды.
От центральной части отходят два типа отростков: дендриты и аксоны (дендро – «ветвь», аксо – «ось»). Дендриты – сильно ветвящиеся отростки, которых обычно несколько, они находятся на входе в нейрон и воспринимают информацию. Это такой «колл-центр», который принимает входящие звонки из разных мест. Аксон же у нейрона всегда один, он проводит сигналы к следующим клеткам – это самые важные «исходящие звонки». В итоге нейроны образуют цепи и сети, по которым передается информация.
Наша память, эмоции, то, что мы воспринимаем во внешней среде, сигналы, которые направляются к мышцам и внутренним органам, – все это существует в форме электрических импульсов, распространяющихся по нервным сетям.
Когда мы смотрим на первый уровень работы мозга, то видим, что мозг – это электрическая машина, и здесь сходство с компьютером совершенно потрясающее.
Мы знаем, что в компьютере существует двоичная система, когда с помощью ступенек тока кодируется все, что этот самый компьютер делает, – по сути, вся информация представлена в виде чисел 1 (верхняя ступенька) и 0 (нижняя ступенька). Оказывается, и в нашем мозге используется очень похожий принцип, только ступеньки эти не прямоугольные, как в компьютере, а, скорее, треугольные. Они называются потенциалами действия и бегут, распространяются по аксонам и дендритам. Эти импульсы кодируют чувства, сенсорные переживания, мысли, будущие движения. Ступеньки тока примерно одинаковы во всех отделах мозга, и важно только место, где они возникают. Если подключиться к правильному участку и подавать подобные импульсы, можно вызывать у человека, например, эйфорию, галлюцинацию или заставить его пошевелить пальцем. Этим, собственно, и занимаются специалисты, которые протезируют пациентам конечности или органы чувств.
Если мы начнем сравнивать мозг с компьютером на более глубоком уровне, то обнаружим весьма обидную картину: в вычислительной машине упомянутые ступеньки тока генерируются по несколько миллиардов за секунду (гигагерцы)! А рабочая частота большинства нейронов нашего мозга – примерно 50–100 Гц. Получается, что в нервной системе по каждому аксону за единицу времени передается очень мало информации. Вдобавок происходит это чрезвычайно медленно. Действительно обидно за свой мозг, не так ли? Сейчас будет еще больнее. Как говорят нам физики, в компьютерах сигналы распространяются с быстротой, составляющей примерно половину от скорости света. А вот наш максимум – 100–120 м/с. Чтобы было нагляднее, переведем в километры в час: 360–430 км/ч, и это очень мало. Для сравнения: средняя скорость полета условного «Боинга» – 800–900 км/ч.
Например, мы доставали из духовки готовый пирог и случайно задели горячую форму. У такого большого существа, как человек, пока импульс от кожи пальца добежит до спинного мозга, переработается там и вернется обратно, появляется явная задержка во времени примерно 0,3 секунды. В комплекте к вкусному пирогу мы ожидаемо получаем ожог. А если бы у нас по нервам информация шла со скоростью света, мы бы вообще никогда не обжигались. Реакция наша была бы столь быстрой, что в момент прикосновения пальца к горячей форме рука бы сразу же отдергивалась. Но скорость проведения сигналов по нервам мала (а длительность обработки боли в спинном мозге велика), и в итоге кожа повреждается – спасибо и на том, что не превращается в уголек.
Эволюция честно пыталась создать максимально «быстрые» аксоны. Но смогла только такие. Конечно, это тоже победа, ведь скорость проведения импульсов у примитивных беспозвоночных не превышает 1 м/с. Этим ребятам повезло гораздо меньше.
Мозг как химическая конструкция
Если копнуть еще глубже, мы увидим, что мозг – не только электрическая машина, но и конструкция, основанная на химических реакциях. И огромную роль в ней играют синапсы – контакты или соединения между нервными клетками. Как правило, аксоны нейрона дотягиваются до следующей клетки (нервной, мышечной, железистой), формируя такие контакты.
Пока информация находится внутри нейрона, она передается в электрической форме в виде импульсов. Но когда приходит время двигаться дальше, к следующей клетке, это происходит уже в химической форме в виде особых веществ – нейромедиаторов. Если проще, нейромедиаторы – это такие почтовые курьеры, которые носят «документы» с информацией из одной клетки в другую (то есть молекулы-посредники).
Получается чередование: в нейроне – электричество, между нейронами – химия. Потом опять электричество и опять химия. Эта постоянная смена способов передачи информации – важный базовый принцип работы мозга.
Именно на химическом уровне нам гораздо легче влиять на работу нервной системы. Если мы знаем, какие вещества выделяются в синапсах (а науке это уже неплохо известно), мы можем синтезировать и вводить в организм молекулы, похожие на них, чтобы усилить действие или, наоборот, помешать им работать. Этим мы серьезно воздействуем на функции мозга: изменяем баланс между возбуждением и торможением, влияем на память, эмоции, поведение. Подавляющее большинство таких веществ – это лекарства, яды или наркотические препараты – похожи на какой-то из основных нейромедиаторов нашего мозга. Синапсы очень важны для работы мозга!
На рис. 1.1 справа крупно изображен синапс. Внутри окончания аксона находятся мембранные пузырьки – они содержат нейромедиатор. Логика работы синапса следующая: сначала по мембране нервной клетки пробегает электрический импульс, потенциал действия. Этот импульс словно дает сигнал: «Нужно отправить курьера!» – и запускает движение пузырьков с нейромедиатором в сторону следующей клетки. Информация поехала. Пузырьки доходят до мембраны аксона, лопаются, нейромедиатор попадает в узкую щель между аксоном и ближайшей клеткой (она называется синаптическая щель) и оказывает на эту соседнюю клетку влияние. Как? Практически звонит в дверь, как любой порядочный курьер. На мембране клетки, принимающей информацию, сидят особые белки, они выполняют функцию кнопок, а наш курьер-нейромедиатор – это палец, который на них нажимает. После нажатия на «звонок» внутри этой клетки-мишени тоже зазвучит сигнал «Отправить сообщение!», и тогда уже на ее мембране возникнет импульс – потенциал действия — и информация побежит дальше. Помните «письма счастья» – прочитай и передай дальше?
Бывают и обратные ситуации, когда нажатие на «кнопку» тормозит следующую клетку, и она на некоторое время перестает передавать сигналы. Это тоже важно.
В нервной системе человека все время сосуществуют и конкурируют два принципа. Один – передавать информацию, а второй – не передавать никаких лишних сведений.
И то и другое очень важно, поэтому одни механизмы реализуют передачу импульса на следующие клетки, а другие ее блокируют. С учетом этого нейромедиаторы, выделяющиеся в конкретных синапсах, по своим эффектам делятся на две большие группы: возбуждающие и тормозные.
Возбуждающие – те, которые заставляют следующую клетку работать, генерировать импульсы и передавать важные сведения. А тормозные – те, которые мешают проводить избыточную информацию. Если использовать нашу аналогию с курьерами – они блокируют в том числе «рекламу и спам».
Важнейшие нейромедиаторы – глутаминовая кислота и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Глутаминовая кислота наверняка известна вам как вкусовая добавка. Тот самый глутамат, который улучшает вкус всего на свете, в мозге работает как важнейший возбуждающий нейромедиатор. Глутаминовую кислоту в роли «курьера» используют не менее 40 % нервных клеток. За счет выделения этого вещества передаются сенсорные сигналы, работает память, центры мышления и принятия решений. Двигательные программы, пока они не дошли до мышц, тоже зависят от выделения глутамата.
ГАМК – гамма-аминомасляную кислоту – в качестве тормозного нейромедиатора, блокирующего передачу избыточной информации, судя по всему, использует не менее трети нейронов – такая она важная. Это вещество мешает проводить лишние сигналы и сдерживает информационный шум в нервной системе, мешающий обработке важных сведений. Эта задача не менее значимая, чем проведение сигналов. Представьте, что в кинотеатре вам показывают одновременно два фильма, да еще рекламный ролик в придачу, – да вы с ума сойдете!
Получается, что наш мозг хорошо работает не тогда, когда возбуждено много нейронов, а тогда, когда активны лишь правильные. И их в идеале должно быть небольшое количество.
Есть популярный вопрос, его очень любят задавать: «В мозге в каждый момент времени активно функционирует всего 10 % нейронов. Как сделать так, чтобы работало больше?». Ответ: сделать-то можно, но вам это не нужно. Многие считают, что чем больше, тем лучше. Они ошибаются. На самом деле, если слишком много нервных клеток начнут одновременно генерировать импульсы, то в среде «курьеров» возникнет хаос, и мозг перевозбудится. Или даже вовсе случится эпилептический припадок. Уверен, такая авария вам не нужна.
Хорошо работающий мозг – не тот, что активировал все клетки, а тот, который сумел задействовать правильные, специализированные на актуальной проблеме. Тормозить шумящие нейроны – очень важная задача, и ГАМК справляется с ней на ура.
Мы сейчас кратко познакомились с двумя главными игроками на поле нашей мозговой деятельности: возбуждением и торможением. В дальнейшем нас больше будут интересовать нейромедиаторы второго уровня – отвечающие за эмоции, мотивации и потребности. Они прежде всего генерируют позитивные эмоциональные переживания в те моменты, когда человеку удается – с точки зрения нашей биологии – совершить что-то хорошее. Эдакие «гонцы с хорошими вестями».
Например, вы съели вкусный суп, узнали о новом способе вышивать крестиком (особенно если это входит в сферу ваших увлечений) или благополучно убежали от разъяренного соседского кота – в эти моменты при возникновении эмоциональных переживаний в нашем мозге выделяются нейромедиаторы дофамин, норадреналин и эндорфины. Эти «курьеры» несут вам хорошие новости, поднимающие настроение. На самом деле, их список можно продолжать и дальше. Нейромедиаторов, связанных с удовлетворением потребностей и положительными эмоциями, – около десятка, и мы постепенно будем с ними знакомиться.
Иногда нейрон сравнивают с чипом компьютера, причем весьма сложным, потому что на нервной клетке в среднем находится около 3000–5000 синапсов – это 3000–5000 соединений с другими клетками. Каждый нейрон одновременно получает информацию по тысячам каналов. Причем часть из них – возбуждающие, часть – тормозные. И нейрон должен «принимать решение» о том, проводить сигнал дальше или заблокировать его, сопоставляя активность глутамата и ГАМК. Отдельные чипы-нейроны собираются в вычислительные центры, занимающиеся дыханием, реакцией на звук, кратковременной памятью и прочими процессами. Сложнейшая сеть, не так ли? С ней не сравнится даже международная курьерская служба DHL, тут уже нужна аналогия посерьезнее.
Мозг можно сравнить с огромным компьютерным центром, в котором тысячи отдельных вычислительных устройств сложным образом взаимодействуют друг с другом.
Сколько вообще в нашем мозге нейронов? Обычно называют цифру 85–90 млрд. Звучит впечатляюще – попробуйте вообразить эту самую сотню миллиардов. Это гораздо больше, чем жителей на планете Земля. Представьте себе 90 млрд абонентов сети, каждый из которых одновременно общается с 5000 других абонентов. Получается, что сложность информационных потоков в нашей голове сравнима, наверное, со всем интернетом, да и то с натяжкой. И все эти процессы еще предстоит серьезно изучить. Наука и вся наша современная техника только-только начали разбираться в мозге, в нейросетях. Какие-то глобальные изменения и процессы наблюдать и анализировать не составляет труда, а вот над пониманием тонкостей передачи информации еще предстоит поработать. И немало.
При этом клетки мозга очень маленькие. Наиболее частый размер тела нейрона – 0,03–0,05 мм. Общеизвестно, что средний вес мозга человека – 1300 граммов. У мужчин примерно на 100 граммов тяжелее, чем у женщин. Когда это впервые выяснили, мужская часть населения ужасно загордилась.
Но после того как этот вопрос изучили получше, оказалось, что вокруг самих нейронов в нервной ткани находятся еще и глиальные клетки. Это «обслуживающий персонал»: они защищают нейроны от ударов, следят за химическим составом межклеточной среды, обеспечивают электрическую изоляцию и еще много чего. И как раз в том, что мужской мозг весит больше, оказались «виноваты» в основном глиальные клетки. Нейронов у мужчин и женщин примерно одинаково – уже упомянутые 85–90 млрд (хотя еще прослеживается связь между массой мозга и общей массой тела), и эта цифра гораздо стабильнее, чем общий вес нервной системы. Получается, что мужской мозг лучше «упакован», надежнее защищен от ударов по голове. Это логично, ведь мужчины, очевидно, вели более суровый образ жизни, когда охотились на мамонтов и самоутверждались в качестве вожака племени. Женский же мозг в этом смысле более «нежный, трепетный», он не рассчитан на грубое обращение.
Львиная доля тел нейронов находится в головном и спинном мозге, это известно. Но не все знают, что по нашему организму раскидано более сотни маленьких «мозгов», которые называются ганглии. Там тоже есть нейроны, часть из которых отвечает за разнообразную чувствительность (за сенсорные сигналы), а часть работает с внутренними органами. Это небольшие центры управления в нашем теле, принимающие решения по незначительным вопросам, без необходимости обращаться к «руководству», то есть к «большому» мозгу – центральной нервной системе (ЦНС). Хотя они, конечно, ему подчиняются.
Из ганглиев, из головного и спинного мозга (а это две составляющие ЦНС) выходят нервные отростки – аксоны и дендриты. Они собираются в нервы, которые работают с нашими мышцами и органами. В нервах часто сосуществуют встречные информационные потоки, часть из которых от органов чувств идет в мозг, а часть направляется к мышцам и внутренним органам. Почему? Чтобы управлять периферическими устройствами, важно знать, как они себя чувствуют и что там, на границе тела и внешней среды, происходит.
Когда аксон направляется к следующей клетке, ею, конечно, может быть нейрон. А может быть и клетка мышцы, сердца или кишечника. Синапсы бывают не только внутри мозга.
С точки зрения цитологов – ученых, которые изучают внутреннее строение клеток, нейрон, в принципе, стандартно устроен. Да, он выглядит экстравагантно из-за многочисленных отростков, но внутри имеет вполне ординарную структуру: ядро, митохондрии, рибосомы. И его обмен веществ мало чем отличается.
Различие состоит в том, что нейроны потребляют много энергии. По этому показателю мозг занимает первое место во всем организме, ему нужно больше всего глюкозы и кислорода на 1 грамм веса. Поэтому, если возникает проблема с «поставками» этих веществ, именно мозг повреждается первым. Второе место по потреблению энергии занимают почки, третье – сердце, но наш «мыслительный центр» все равно очевидный лидер по интенсивности обмена веществ.
Нейронные сети
Нервные клетки поодиночке, конечно, не работают. Чтобы организовать даже самые простые функции, они должны собираться в цепи и сети. Изображенная в нижней части рис. 1.1 нейронная сеть состоит всего из пяти нервных клеток. И если вспомнить, что дендриты принимают информацию, а аксоны передают, становится ясно, в какую сторону по этой сети идут сигналы. Они идут от нейрона 1, он на входе, дальше – к нейронам 2 и 3, а от них уже к нейронам 4 и 5, которые в итоге передают возбуждение на мышцы (6) и на внутренние органы (7).
Нейроны, изображенные на схеме, относятся к четырем функциональным группам. Те, которые находятся на входе в нейросеть, как правило, связаны с органами чувств, их называют сенсорные. Они понимают прикосновения, улавливают запахи, различают температуру. Помогают нам ощущать окружающий мир. Нейроны, расположенные на выходе, – это мотонейроны (двигательные) и вегетативные. Первые – запускают сокращение мышц. Любое наше движение рукой, подмигивание или нажатие кнопки на ноутбуке начинается с импульса, возникшего в мотонейронах. Вегетативные нейроны работают с внутренними органами: с сердцем, сосудами, кишечником, бронхами. Основная разница между мотонейронами и вегетативными состоит в том, что первыми мы умеем управлять. Мы по собственной воле нажимаем кнопку на клавиатуре. А вегетативными, как правило, не можем: мы не способны силой мысли изменить частоту сердцебиения. Ну, если мы не столетний йог из Непала, конечно.
Это кажется несправедливым – почему бы не дать нам доступ к управлению всеми системами организма? Но эволюция наложила «вето» на вход в эту часть нейросети неспроста. Если вспомнить аналогию мозга и компьютерного центра, получается, что наше сознание – это пользователь, который постоянно имеет дело с тысячами компьютеров. Некоторыми из них он может управлять, другие просто видит «онлайн» и может понять, что они работают, но пароля на внесение изменений в систему у него нет. Например, наше сердце бьется с определенной частотой, мы можем измерить пульс. Но чистым волевым усилием, без десятилетий занятий йогой или БОС – биологической обратной связью (тут вам понадобится всего несколько недель), человек не может его замедлить или ускорить.
Наконец, в нашем «компьютерном центре» есть такие вычислительные устройства, которые явно что-то делают, но сознание вообще не в курсе специфики их активности. Это относится, например, к выделению гормонов. Эта функция находится в ведении части головного мозга, которая называется гипоталамус. Но наше сознание (центры коры больших полушарий) совершенно не отслеживает этот процесс. Возьмем гормон роста. Он выделяется под контролем гипоталамуса, но волевым усилием еще ни одному, даже самому просветленному йогу, не удалось подрасти хотя бы на 10 сантиметров. Существование скрытых от сознания «компьютеров» связано с тем, что соответствующие блоки мозга отвечают за нечто столь важное, что «пользователю» туда просто нельзя влезать, иначе можно наломать дров и «уронить» всю систему. Мы можем контролировать прежде всего движения, мысли, отчасти – эмоции, но прямой вход в вегетативную сферу сознанию весьма затруднен.
Вернемся к схеме нейросети. Нейроны 2 и 3 – промежуточные нервные клетки (интернейроны), и они в этом ансамбле играют ведущую партию. От них зависит, пойдет ли поступивший сигнал дальше, «на выход», и вызовет ли, скажем, прикосновение какую-нибудь реакцию. Именно интернейроны принимают решение о запуске реакций, они же отвечают за такое свойство, как память. И больше всего именно этих клеток – которые связывают вход и выход. В сложном мозге типа человеческого 95 % клеток промежуточные, а на входе и выходе (например, те, что принимают внешние сигналы или запускают движение) – не более 5 % нейронов. Получается, что обработка информации – основное занятие нашего «процессора».
Промежуточные клетки способны обмениваться сведениями: на нашей схеме отросток аксона, принадлежащий клетке 2, идет к клетке 3. Даже сеть, состоящая всего из пяти нейронов, способна к весьма разнообразным операциям. А если это не 5, а 500 нейронов? Или 5 миллионов? В таких условиях возникают самые разные информационные потоки, сложные, интересные и непредсказуемые. Поэтому наш мозг сравнивают не с обыкновенным, а с шумящим компьютером. Это в ЭВМ 5 × 5 = 25 – всегда. А у нашего мозга может получиться и 24, а иногда и 27. И это правильно.
Мозг обязан «шуметь». Он должен генерировать в определенной степени стохастическое, то есть случайное поведение. Это эволюционно выгодно.
Если бы заяц всегда убегал от лисы предсказуемо, например строго по прямой, его быстро бы поймали и съели. Важна именно определенная хаотичность движения, чтобы ушастый бежал иногда вправо, иногда влево, двигался зигзагами, прыгал через кусты. Это биологически верно и оставляет ему шанс на выживание. В конце концов, наш мозг сделан не для того, чтобы работать с точными цифрами, как компьютер. Его задача – пытаться спрогнозировать будущее и так разнообразить наше поведение, чтобы удовлетворить свои потребности и выжить. Или, скажем, выиграть футбольный матч.
Макроанатомия мозга. Его строение
Для понимания основной темы книги – мозг и его потребности – необходимо перейти на следующий уровень – макроструктурный, вспомнить анатомию мозга. Материал этот включен в школьную программу. Но так как не каждый взрослый человек помнит о том, что он слышал в школе, кратко повторим строение центральной нервной системы. Особенно актуальны для нас знания о гипоталамусе, базальных ганглиях, среднем мозге, коре больших полушарий.
Центральная нервная система (ЦНС) – это головной плюс спинной мозг. Находятся они соответственно внутри черепа и внутри позвоночника. Думаю, это вам известно. Устройство спинного мозга в сравнении с головным существенно проще.
Спинной мозг
Как наше тело от шеи до копчика делится на 31 этаж (да, именно этаж, такая вот «высотка»), так и спинной мозг делится на 31 сегмент, каждому из которых примерно соответствует один позвонок. За такую сегментацию отвечают особые гены, включающиеся на очень ранней стадии развития эмбриона – уже в первые недели беременности.
Каждый сегмент спинного мозга работает со своим этажом тела: получает кожную и болевую чувствительность, сигналы от суставов и сухожилий, управляет мышцами и внутренними органами. В этом мы весьма похожи на дождевого червяка или гусеницу бабочки – помните, какие у них кольца на тельце? Только у гусеницы сегменты выражены очень четко, а у нас хоть и не видны, но все же существуют.
Выделяют восемь шейных сегментов (шея, руки, дыхание), двенадцать грудных («этажи» грудной и брюшной полостей, мышцы туловища), пять поясничных сегментов (ноги) и шесть крестцово-копчиковых (область таза). Если, например, шестой грудной позвонок сместится относительно седьмого, он передавит те нервы, которые выходят из шестого же грудного сегмента спинного мозга. А дальше человека не ждет ничего хорошего. Он ощутит боль где-нибудь в районе ребер, и это будет связано не с каким-то реальным повреждением или травмой, а с тем, что спинной мозг плохо передает сигналы. В довесок может ухудшиться работа сердца или кишечника.
Когда врачи говорят, что половина болезней – от позвоночника, они правы, потому что передача информации в спинной мозг и из него нарушается довольно легко. Например, если позвонки из-за сколиоза сдвинулись в сторону (что совсем не редкость при сидячем образе жизни), существует вероятность, что они нажмут на веточку какого-нибудь нерва. Мы – прямоходящие существа, но за те несколько миллионов лет эволюции, что прошли с момента, когда наши предки встали на две ноги, позвоночник так толком и не приспособился к тому, что его ненормальный хозяин стоит и ходит вертикально. Поэтому к 40 годам у большинства людей спина уже болит.
Каждый сегмент спинного мозга работает со своим этажом тела, а еще общается с «большим начальником» – головным мозгом. Существуют информационные потоки, связывающие ладонь с шейными сегментами спинного мозга, а дальше эта информация уходит к «руководству». Если мы ощущаем, что, например, что-то ползет по большому пальцу руки, это означает, что импульс сначала добежал до спинного мозга, а потом поднялся в кору больших полушарий, где находятся высшие психические центры. Они, собственно, и отвечают за возникновение ощущения. А если человек понимает, что по нему ползет паук, и стряхивает его с ладони, значит, процесс пошел обратно: импульс сначала возник в коре больших полушарий, опустился в соответствующий сегмент спинного мозга, а дальше уже ушел по аксону мотонейрона на нужную мышцу – нервно-мышечный синапс заставил ее сокращаться. А пауку придется поискать себе другое место, чтобы ползать.
У взрослого человека подобные реакции происходят достаточно быстро и автоматически, потому что мы учимся этому в первые годы нашей жизни. Ребенок же появляется на свет почти без двигательных навыков (хотя некоторые из них начинают закладываться еще в утробе матери). Младенец в первые месяцы жизни тратит массу усилий на то, чтобы овладеть своей мышечной системой на уровне отдельных движений. Пытается понять, как держать голову, перевернуться на живот, как бы покрепче ухватить родителя за волосы. И только в полгода приступает к «шлифовке» локомоторной активности – потихоньку ползает и пытается ходить.
Головной мозг
Можно выделить три основные зоны головного мозга: ствол, мозжечок и большие полушария. Ствол – центральная область головного мозга, весьма древняя структура, которая имеется уже у рыб. Ее эволюционный возраст, по-видимому, не менее 500 млн лет. От ствола мозга, как от ствола дерева-мутанта, вырастают целых две «кроны»: одна покрупнее – большие полушария, а другая поменьше – мозжечок, то есть малый мозг. У всех позвоночных головной мозг устроен по одному и тому же плану. Все мы родственники, а интенсивная эволюция млекопитающих происходила последние 66 млн лет (после вымирания динозавров).
У человека, как известно, не самый большой мозг на свете. У слона или у кашалота он в несколько раз увесистее. Если существо крупное, с большим массивным телом, то и мозг для управления этой махиной тоже нужен большой. Но он в основном занимается внутренними органами, движениями, кожной чувствительностью – поймать кальмара, отмахнуться от мухи. А вот высшие ассоциативные зоны уникальны для человеческого мозга. Только у нас они такие большие! Поэтому слон не может писать стихи и придумать, как он будет отмечать Новый год. А человек – может.
Ствол головного мозга включает четыре отдела: (1–2) продолговатый мозг и мост – это две самые нижние стволовые структуры, и они находятся под мозжечком; (3) средний мозг; (4) промежуточный мозг, находится «промеж» полушарий – от него во время развития эмбриона направо и налево отрастают два больших полушария. Их также называют конечным мозгом.
Итого получается шесть основных отделов головного мозга. Они изображены на рис. 1.2. Две крупные полости внутри мозга – третий и четвертый желудочки, а также соединяющий эти полости канал (мозговой водопровод – нет, сантехник ему не нужен).
Продолговатый мозг и мост мы будем все время объединять, потому что с точки зрения функций это единая зона. Они вместе занимаются самыми необходимыми для организма функциями: дыханием, работой сердца. Мозжечок – важнейший двигательный центр, в том числе он отвечает за наше равновесие, ходьбу, бег и прочие моторные навыки. Средний мозг находится между мостом и промежуточным мозгом.
Верхняя часть промежуточного мозга называется таламус, нижняя – гипоталамус, а под гипоталамусом находится гипофиз – эндокринная железа. Здесь же, в промежуточном мозге, имеется и вторая эндокринная железа – эпифиз.
Запутались?
Ничего страшного, сейчас разберемся.
Самая крупная область ЦНС человека – большие полушария. Правое и левое соединяются крупнейшим скоплением аксонов – мозолистым телом. Оно «собирает» полушария в цельный вычислительный комплекс. Если у человека повреждается мозолистое тело, у него могут возникать симптомы, сходные с «раздвоением личности», когда полушария начинают работать отдельно. Правое запускает одни движения, левое – другие, нарушается координация, моторика, рассинхронизируются ощущения в правой и левой стороне тела.
Рис. 1.2. Схема продольного среза головного мозга человека. Показаны шесть отделов головного мозга, две крупные полости внутри него – третий и четвертый желудочки, а также соединяющий эти полости канал (мозговой водопровод)
Продолговатый мозг и мост. Они занимаются жизненно важными функциями, без которых просто невозможно существовать. Понятно, что эти функции эволюционно самые древние, с них все начиналось. Например, уже у какой-нибудь селедки эти отделы устроены примерно так же, как у нас.
Во-первых, здесь находится штаб-квартира по управлению дыханием. Каждый наш вдох и выдох запускается из продолговатого мозга и моста.
Во-вторых, здесь же находится центр, который нейрофизиологи называют сосудодвигательным. Состоит он из нейронов, управляющих работой сердца, тонусом сосудов, всей сердечно-сосудистой системой. Это огромное хозяйство, с помощью которого, например, регулируется кровоток в разных частях нашего тела, кровяное давление. Руководство этими процессами является жизненно важной задачей.
В-третьих, здесь базируется все, что связано с врожденным пищевым поведением. Центры вкуса, центры, запускающие глотание, слюноотделение, сосательный рефлекс, выплевывание, рвоту, – то, что у младенца должно работать сразу, иначе он не сможет питаться.
В-четвертых, продолговатый мозг и мост содержат главный центр бодрствования. Этот штаб собирает сигналы от всех сенсорных систем и возвращает человека из мира снов, если, например, зазвонил будильник или кто-то потряс его за плечо. Любой сильный входящий сенсорный сигнал способен разбудить мозг, а потом из продолговатого мозга и моста волны активации расходятся по всей ЦНС – от спинного мозга до коры больших полушарий. И мы меняем состояние с сонного на бодрствующее. Если повредить эту зону, возникнет коматозное состояние. Любое повреждение продолговатого мозга и моста, даже самое незначительное и «микроскопическое», – смертельно опасно, потому что из-за этого может «выключиться» дыхание или нарушиться способность правильно глотать.
Мозжечок – это прежде всего двигательный центр. Движения нашего тела чрезвычайно разнообразны. Если мы хотим, то произвольно двигаем рукой, ногой, головой. Бывают движения, связанные с перемещением в пространстве: бег и шаг (локомоция). Особо выделяют рефлекторные движения – когда мы, например, отдергиваем ладонь от горячей кастрюли.
Мозжечок отвечает только за автоматизированные движения – те, с которыми мы поначалу никак не могли справиться четко и эффективно. Они были для нас новыми, но мы их повторяли, повторяли – и наконец выучили. Писать карандашом или кататься на велосипеде – именно на уровне мозжечка происходит запоминание таких двигательных программ, их автоматизация. Когда мы раз за разом повторяем одни и те же действия, нейроны мозжечка запоминают, как выполнять их быстро и качественно. «Повторение – мать учения» – знаете такую поговорку? А пока мы учимся, такими движениями в основном управляет кора больших полушарий. Она осуществляет произвольный контроль. Поначалу вы должны смотреть, как ставите ноги на педали велосипеда, куда направляете руль, следить за каждым поворотом колеса, за дорогой, а заодно помнить о балансе. Но если вы повторите все эти манипуляции сто или тысячу раз, возникнет двигательный автоматизм. И уже не кора больших полушарий станет управлять движениями рук и ног, а мозжечок. Мозжечок крутит педали и поворачивает руль, а кора больших полушарий в это время, например, слушает аудиокнигу. Смысл автоматизации состоит в том, чтобы разгрузить большие полушария и передать рутинные, повторяющиеся часто и помногу движения под управление мозжечка. Проще говоря, не думать там, где можно не думать.
В мозжечке находится несколько зон, которые занимаются разными видами движений.
Есть центральная часть, червь, она отвечает за поддержание равновесия (автоматизация вестибулярных рефлексов). Ее обучение стартует с того момента, когда ребенок начинает держать головку, учится сидеть и вообще всячески пытается подружиться с гравитацией.
Средняя зона мозжечка, внутренняя часть полушарий, отвечает за автоматизацию локомоции и учится, когда мы начинаем ползать, ходить, бегать, плавать – то есть перемещаться в пространстве, ритмически сгибая руки и ноги. Как локомотив, который тянет вагоны из пункта А в пункт Б.
Наружная часть мозжечка (внешняя область полушарий), ее называют новой частью, эволюционно возникла позже всего. Она отвечает за движения, в развитой форме присущие только человеку, – за тонкую моторику пальцев и речь. Мы долго и трудно учимся говорить, постепенно овладеваем фонемами, словами. Так же долго разбираемся с тем, как писать, работать напильником или лепить пельмени. Все это – чисто человеческие искусства, и дело с ними у нас идет медленнее.
Мозжечок занимается автоматизацией самых разных движений, и если что-то в нем ломается, то привычное действие снова становится произвольным. После травмы мозжечка приходится усилием воли поддерживать равновесие, сгибать и разгибать ноги во время ходьбы. То есть, вопреки расхожему мнению, разучиться езде на велосипеде все-таки можно.
Помимо мозжечка, автоматизацией движений занимается еще одна обширная зона нашего мозга, которая называется базальные ганглии. Они находятся в глубине больших полушарий (см. рис. 2.1 в главе 2).
Мы знаем, что снаружи больших полушарий располагается кора. Это целые слои нейронов, идущие параллельно поверхности мозга и выполняющие самые важные и сложные функции: сенсорный анализ (ощущение прикосновения, запаха и т. п.), речь, принятие решений, произвольные движения (те, которые мы осознанно контролируем, например забиваем гвоздь).
А вот в глубине больших полушарий находится еще несколько скоплений серого вещества. Их объединяют в целостный комплекс – базальными ганглиями. Основная часть их нейронов работает вместе с мозжечком – фиксирует повторяющиеся двигательные программы, паттерны. То есть если мозжечок, например, запоминает отдельные движения танца, то базальные ганглии будут автоматизировать переход от фигуры к фигуре, помнить танец в целом.
Рассмотрим теперь средний мозг. В его верхней части находится так называемое четверохолмие – зона, которая реагирует на новизну стимулов. Ее нейроны выделяют новые зрительные и слуховые сигналы. Четверохолмию, строго говоря, все равно, что мы там видим и слышим, – важно, что произошло изменение. Именно оно детектирует эту новизну и заставляет нас поворачивать голову, если что-то зашуршало в кустах или кто-то рядом крикнул «Эй!». Благодаря четверохолмию наш организм эффективно собирает новую информацию. По сути, с ним связано любопытство на самом его древнем уровне. Ну правда, что это там шуршит в кустах?
В центре среднего мозга находится структура, которая так и называется – центральное серое вещество, и это главная область, которая запускает сон.
Если помните, наш главный центр бодрствования находится в мосте и продолговатом мозге, а вот центр сна – в среднем мозге. И они все время друг с другом конкурируют.
В зависимости от того, кто выиграл, мы переходим в сонное либо в бодрое состояние. А вот если никто не завоевал лавры победителя, мы оказываемся в некой полудреме, особенно с утра или при монотонной и скучной деятельности. Наверняка вам это знакомо.
В нижней части среднего мозга расположены красное ядро и черная субстанция – две структуры, которые тоже связаны с двигательной сферой. Красное ядро работает вместе с мозжечком и помогает, например, сгибать руки и ноги, когда мы куда-то бежим или идем. Черная субстанция реализует свои функции вместе с базальными ганглиями, во многом определяя общий уровень нашей двигательной активности. Более того, от нее зависят те положительные эмоции, которые мы испытываем, когда двигаемся. Если вам от рождения досталась активная черная субстанция, то вам, скорее всего, нравится двигаться: гулять, заниматься спортом, танцевать. Казалось бы, танец не несет с собой никакого полезного действия, а человек все равно танцует и радуется. Вот за это отвечает черная субстанция.
Но у нас в мозге есть и конкурирующая программа лени, которая говорит: «Не надо двигаться, давай экономить силы». Баланс радости движений и лени индивидуален и зависит от генов и гормонов. Для кого-то предложение пойти побегать в воскресенье в парке – это прекрасно, а кто-то проворчит: «Да ну тебя, мне и на диване хорошо». Но это уже область конкретных характеристик личности, которые во многом связаны в данном случае с черной субстанцией и с веществом-нейромедиатором – дофамином.
Промежуточный мозг – это прежде всего таламус и гипоталамус – верхняя и нижняя части этого отдела ЦНС. Размер каждого из них – около 4 сантиметров. Это очень важные структуры, и их тоже можно увидеть на рис. 2.1 в главе 2.
Таламус – это зона, которая прежде всего работает с сенсорными сигналами и отвечает за то, что мы называем вниманием. Если вы сосредоточились, например, на чьей-то лекции или рассказе об отпуске, это значит, что ваш таламус в основном пропускает слуховые сигналы. А если вдруг у вас зачесалась правая пятка и вы обратили внимание на нее, в этот момент таламус начал пропускать кожную чувствительность. При этом слуховая чувствительность отчасти тормозится, поскольку кора больших полушарий не может полностью обрабатывать все и сразу. Так что пока вы от души будете чесать пятку, подробности об экскурсии собеседника в развалины какой-то крепости вы пропустите мимо ушей (точнее, мимо высших слуховых центров височной области).
Таламус нам очень нужен, ведь кора больших полушарий не может одновременно видеть, слышать, осязать, обонять, вспоминать уже свой прошлый отпуск, а заодно рефлексировать над эмоциями, связанными с тем августом… Так же с ума сойти можно! Таламус – наш незаменимый секретарь, который помогает перераспределить вычислительные ресурсы коры больших полушарий и не перегружать «шефа», то есть нас, наши высшие центры, кучей дел одновременно.
Гипоталамус – важнейший центр биологических потребностей, эндокринной и вегетативной регуляции. Он следит за выделением гормонов и контролирует работу внутренних органов, например при стрессе. Именно он виноват в том, что при волнении у нас усиливается потоотделение и подскакивает давление. Здесь же, в гипоталамусе, находятся группы нейронов, которые занимаются задачами из сферы потребностей, мотиваций, эмоций. С гипоталамусом связывают голод, жажду, страх, агрессию, половое и родительское поведение. Это «большая шестерка» биологических потребностей, и каждой из них в нашей книге будет посвящена отдельная глава.
Кора больших полушарий делится на древнюю, старую и новую.
Древняя кора – обонятельная. Эволюционно она появилась раньше всего и была уже у рыб в те времена, когда жизнь на Земле еще не покинула воды морей и океанов. Получается, что большие полушария возникли, чтобы нюхать – и это природа посчитала первоочередной задачей: они ближе всего к носовой полости. У рыб кора в основном отвечает за обоняние, а у нас она задействует для этих целей лишь около 2 % своей «мощности». К древней коре относятся обонятельная луковица и некоторые области, которые располагаются на внутренней поверхности больших полушарий рядом с передней частью мозолистого тела.
По ходу эволюции кора больших полушарий постепенно начала заниматься и другими задачами: такое хитроумное «добро» можно приспособить и для иных целей. Поэтому уже на уровне амфибий и рептилий, когда позвоночные решили выбраться на сушу, в явной форме развилась другая – старая кора.
Старая кора – это прежде всего области кратковременной памяти. Конечно, и в океане есть что запоминать. Например, коралловые рыбы отлично знают свою территорию. Но на суше подобные задачи гораздо больше. Вот и выделилась старая кора. Главный из ее центров – гиппокамп – находится в глубине височной доли на дне особой «гиппокампальной» борозды (см. рис. 3.2 в главе 3).
Но основная часть (более 95 % нашей коры) – это новая кора, которая характерна для млекопитающих. К ней относятся сенсорные, двигательные и ассоциативные (высшие) зоны. При этом новая кора подразделяется на шесть долей. Четыре из них наверняка вам известны: лобная, теменная, затылочная и височная (рис. 1.3). Помимо них, выделяют еще островковую и лимбическую доли коры больших полушарий.
Посмотрим на всю эту конструкцию сбоку. Спереди располагается лобная доля. Ее границей служит центральная борозда, за которой – уже теменная область. Максимально заднее положение занимает затылочная доля. Ниже всего находится височная, которая отделена от остального мозга глубокой боковой бороздой. Дно этой борозды образует внушительное расширение – это и есть островковая доля. Наконец, лимбическая доля находится на внутренней поверхности полушарий. Лимбическая (от слова limb – «край, круг») область коры окружает место отхода полушарий от промежуточного мозга. В состав этой доли часто включают обонятельную (древнюю) кору и центры кратковременной памяти (старая кора).
Рис. 1.3. Расположение и функции различных областей коры больших полушарий человека.
1 – затылочная кора, зрение;
2 – височная кора, слух;
3 – передняя часть теменной доли, чувствительность тела;
4 – островковая доля, вкус и равновесие;
5 – задняя часть лобной доли, двигательная кора;
6 – ассоциативная теменная кора;
7 – ассоциативная лобная кора
Довольно трудно запомнить весь этот набор. Будет проще, когда мы посмотрим, за что доли отвечают. Если схематично описать функции коры больших полушарий, то картина получится следующая.
Затылочная доля – зрительная. Наша «видеокарта» находится в задней части головы. Поэтому если сильно стукнуть по затылку, из глаз посыплются искры – возникает зрительная иллюзия, ведь при ударе невольно стимулируется непосредственно затылочная кора.
Височная доля – слуховая кора, и это запомнить легко: уши по бокам, висок рядом.
Передняя часть теменной доли идет от макушки вниз. Это зона чувствительности тела – кожной, болевой, мышечной. Нащупайте у себя темечко – отсюда и название – теменная доля.
Островковая доля – центр вкуса, а также центр вестибулярной чувствительности.
Задняя часть лобной доли – двигательная кора. Это зона, которая реализует новые (произвольные) движения, когда мы только учимся ездить на скейте или танцевать сальсу. Именно ориентируясь на двигательную кору, мозжечок запоминает и автоматизирует наши двигательные навыки.
Как работает мозг?
Ассоциативную теменную кору окружают основные сенсорные центры, отвечающие за все ощущения, которые мы собираем из окружающей среды: что мы видим, слышим, какие прикосновения чувствуем, вкусный ли у нас обед. Сенсорная информация, после того как она обработана, сбрасывается в ассоциативную теменную кору. И в этой зоне возникает то, что в нейропсихологии называют целостный сенсорный образ внешнего мира. Благодаря ассоциативной теменной коре мы одновременно видим, слышим, осязаем. Мы же не перескакиваем со зрительного канала на слуховой, а потом на осязательный. Тогда бы мы никак не могли есть пиццу под сериал. Но, к великому счастью, мы воспринимаем все одновременно.
В ассоциативной теменной коре располагаются нейроны, которые способны работать одномоментно с различными органами чувств. Именно на базе этих нейронов у человека возникают речевые центры. Потому что речь, слова – все это подразумевает наличие нервных клеток, которые взаимодействуют единовременно с несколькими сенсорными системами.
Например, мы задались целью купить стол. Высматриваем его в мебельном магазине – работает зрение, говорим продавцу: «Нужен стол» – работает слух. Объединяют зрительный и слуховой сигнал именно эти нервные клетки. Поэтому у нас с вами в ассоциативной теменной коре находятся еще центры речи и центры мышления. Получается, что этой зоной мы думаем.
Не менее важна ассоциативная лобная кора. Размышлять и мечтать мы можем о чем угодно, и это прекрасно. Но важно то, как мы в конце концов станем действовать. За наше поведение, за выбор программы, принятие решения как раз и отвечает ассоциативная лобная кора. Желательно, чтобы мы запускали именно полезное поведение, которое было бы нам на руку – удовлетворяло нужды организма, помогало справляться с трудностями. Поэтому именно в лобную ассоциативную кору приходит информация о потребностях. Гипоталамус посылает сигнал прежде всего туда. К примеру: «Я голодный», «Хочу размножаться», «Мне страшно здесь, может быть, пора отсюда делать ноги?».
Ассоциативная лобная кора, приняв информацию о потребностях, обращается к центрам памяти, к индивидуальному опыту и к ассоциативной теменной коре с вопросом: «Что важного творится в окружающем мире?». Получив эти три информационных потока, ассоциативная лобная кора принимает решение о запуске поведения. И если вам стало страшновато в беспроглядной лесной чаще (ну, мало ли как вы там оказались), то вы решаете уйти. Для этого надо встать с пенька, начать передвигать ноги и перейти в какое-то более комфортное пространство. Сигнал из ассоциативной лобной коры уйдет в двигательную кору, благо она совсем рядом – в задней части лобной доли, а та, в свою очередь, даст сигнал мозжечку и спинному мозгу. И мы начнем шевелить руками, ногами, что-то делать и выбираться уже из этой глуши.
На рис. 1.3 в упрощенном виде изображены основные информационные потоки, которые распространяются по нашей коре больших полушарий, когда мы что-то делаем. А мы практически все время совершаем те или иные действия.
Потребности в рамках этой системы играют очень важную запускающую роль, их наличие часто служит стимулом для старта поведения. А без потребностей так и будет мозг и, соответственно, тело вяло лежать на месте и ничего не предпринимать. «Что воля, что неволя – все равно».
Что такое потребности?
Понятие «потребность» в биологии определяется как избирательная зависимость организма от определенных факторов внешней или внутренней среды.
Например, боль будет запускать потребность в безопасности, а падение уровня глюкозы в крови – потребность что-нибудь съесть. Биологи в основном интересуются нашими базовыми нуждами в контексте того факта, что мы живые существа. Они называют их просто – биологические потребности. Утолить голод, отдохнуть, выжить, дать потомство. Но, помимо этих, философы и психологи выделили массу других потребностей: социальные, духовные, эстетические. Их изучать гораздо сложнее. А биологи и физиологи предпочитают справляться сначала с более тривиальными задачами.
Конечно, у человека может возникнуть острая необходимость полюбоваться цветущей сакурой. И мы отлично его понимаем! Но эту тягу к прекрасному очень тяжело изучать на уровне конкретных нейросетей и нейромедиаторов. А вот потребность в еде, размножении, безопасности исследовать гораздо легче. Все эти нужды можно смоделировать на животных, и, конечно, эти сферы более изучены.
Вся эта «биология» генетически встроена в мозг. Область потребностей – это исходные программы, которые «предустановлены» в наш мозговой компьютер, и без их реализации мы вообще не можем полноценно функционировать. Когда человеку удается удовлетворить ту или иную потребность, он испытывает положительные эмоции. А если не удается – отрицательные. Вы, наверное, тоже раздражены, когда очень голодны? Люди, впрочем, как и животные, строят свою жизнь так, чтобы чаще испытывать позитивные чувства и реже – негативные.
Потребности – это маяки, которые ведут нас по жизни. А эмоции, которые возникают на фоне их удовлетворения или неудовлетворения, являются основой для обучения.
Когда вы сделали что-то правильное и получили желаемое, вы ощущаете, как это нынче говорят, «позитивные вибрации». На фоне подобных эмоций мозг запоминает: «Ага! Для того чтобы поесть этих вкусных пельмешек, надо их купить и сварить». А если не удалось удовлетворить потребность, эмоции у нас отрицательные. На этом фоне мозг фиксирует: «Не стоит сыпать так много соли и переваривать пельмешки. Невкусно».
Существует цепочка: потребность → эмоция → обучение. Эта цепочка все время функционирует в нашей нервной системе и является важнейшим компонентом психической деятельности.
Сферой потребностей физиологи и психологи занимаются очень давно. И то, что нейробиологи сейчас называют «потребность», довольно точно совпадает с тем, что Иван Петрович Павлов в свое время называл группы безусловных рефлексов. Термин Зигмунда Фрейда[1] бессознательное тоже явно пересекается со сферой потребностей.
По-настоящему серьезные и точные научные знания о потребностях появились только во второй половине XX века. Процесс изучения продолжается по сей день. В XXI веке разработаны новые технологии, позволяющие «входить» в мозг и смотреть, как работают отдельные нервные клетки, как те или иные химические вещества воздействуют на различные наши нужды. Влияние потребностей на нашу жизнь так велико, что можно смело сказать – именно они правят миром. Ведь на них построено абсолютно все – от распорядка нашего дня до маркетинговых стратегий крупных корпораций.
Классификация потребностей
Самая известная психологическая классификация наших нужд была предложена американским исследователем Абрахамом Маслоу[2]. Он выделил следующие типы потребностей:
• физиологические – в пище, питье, воздухе;
• в безопасности – физической и психологической;
• социальные – любовь, причастность к группе;
• в уважении, признании – статус, престиж;
• духовные – наиболее многообразны, к ним относятся: когнитивные (знать, понимать, исследовать), эстетические (гармония, справедливость, красота) и самореализация (реализация способностей, развитие личности).
При этом А. Маслоу, как всякий психолог (или, например, философ), занимаясь такого рода обобщениями, исходил прежде всего из своего личного представления о потребностях человека и немного – из мнений своих коллег.
Физиологи же стараются действовать менее субъективно. В идеале они сперва находят нервные клетки, которые отвечают за ту или иную потребность, и лишь потом говорят: «Да, она действительно существует». Только тогда, когда найдены нейроны, отвечающие за возникновение чувства голода, материнское поведение или стремление сопереживать, можно считать окончательно доказанным, что такая потребность имеет место как базовая биологическая программа. В нашей книге мы используем именно такую, физиологическую классификацию потребностей, предложенную Павлом Васильевичем Симоновым. П. В. Симонов – академик, физиолог. Долгое время он был директором московского Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии. Ученый всю жизнь работал на стыке психологии и физиологии, сформулировал ряд интереснейших, оригинальных концепций в сфере потребностей, мотиваций, эмоций. Студентом я слушал его лекции, поэтому считаю себя хотя бы отчасти, но учеником Павла Васильевича.
П. В. Симонов предложил разделить все биологические потребности на три типа: витальные, зоосоциальные и потребности саморазвития. Классификация Симонова физиологична, она основана на данных о нервных центрах мозга, о тех нейромедиаторах, которые работают, когда мы ощущаем голод, тревогу, радость, агрессию.
Витальные потребности
Первая группа – наши витальные нужды, от слова vita – «жизнь». То есть это жизненно необходимые потребности, без которых невозможно само наше существование. И если они не будут реализоваться, то организм просто умрет. Прежде всего, это потребность в еде, питье и безопасности (оборонительное поведение).
Анализ показал, что в нашем мозге отдельно существуют центры, связанные со страхом, которые активируются, когда мы удовлетворяем нашу необходимость быть в безопасности, убегая от разъяренной осы или жены со скалкой или хотя бы прячась от нее в кустах. И отдельно существуют центры активно-оборонительных реакций – агрессии, которые вступают в дело, когда уже мы нападаем на источник неприятностей. Это разные нейроны, хотя они находятся в гипоталамусе совсем недалеко друг от друга.
Кроме того, с витальными потребностями связаны все процессы, происходящие в организме для того, чтобы он нормально функционировал. Постоянная температура тела, кровяное давление, дыхание, сон и бодрствование, опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Сюда же относятся программы, с помощью которых мы экономим силы, – так называемые программы лени.
В группу витальных потребностей попадает и так называемый груминг – уход за телом: вычесывание, вылизывание, умывание. Термин «груминг» происходит от английского «уход за лошадьми», но те, кто занимается поведением животных, распространили это понятие вообще на любой уход за телом. Конечно, если человек не будет принимать душ и чистить зубы, то он не умрет так быстро, как, скажем, без воды или без воздуха. Но в конце концов он все равно покроется паразитами, грязью и погибнет. Поэтому умывание и гигиена – это очень важно; об этом всех в детстве предупреждал еще Мойдодыр – умывальников начальник и мочалок командир.
При этом надо понимать, что за каждым упомянутым выше словосочетанием – «пищевое поведение», «активно-оборонительные реакции», «программы экономии сил» и подобными – на самом деле стоят десятки, сотни программ, характерных для мозга человека, птицы, рыбы, насекомого. Получается, что все потрясающее разнообразие поведенческих ситуаций базируется на работе определенных нейронов и нервных центров. В каждой группе мы видим и очень простые реакции. Например, глотание, слюноотделение – это примитивное пищевое поведение. А вот действия пчелы, которая строит шестигранные соты, – очень сложная врожденная программа. Паук, плетущий паутину, тоже активирует совсем не простую установку, причем также заложенную в его мозг при рождении. Все это разнообразие программ очень интересно исследовать. Изучение даже существенно более простого мозга, чем наш, той же пчелы, виноградной улитки или дождевого червя, дает массу принципиально важной нейрофизиологической информации. И поняв ее, мы можем разбираться с нервной системой человека гораздо эффективнее.
Зоосоциальные программы
Вторая группа установок – зоосоциальные. Несложно понять, о чем здесь идет речь, достаточно убрать корень «зоо»: это программы, связанные с взаимодействием особей одного вида (внутривидовое взаимодействие).
Прежде всего, конечно, это размножение. Природа определила эту задачу как сверхважную, ведь если организм не оставил потомства, то с точки зрения биологии его жизнь прошла зря, потому что гены не переданы следующим поколениям. А природу, эволюцию, в конце концов, волнует только это.
За размножением следует уход за потомством. Это тоже важнейшие программы материнско-детского взаимодействия. Не зря девочки с детства играют в дочки-матери.
Еще мы стремимся лидировать в стае, подражать, хотим занять и защищать (удерживать) территорию. К этому типу потребностей также относятся реакции сопереживания — перенос на себя эмоций, испытываемых другой особью, при помощи особых – зеркальных – нейронов. В современном обществе мы называем это эмпатией.
Все перечисленные программы находятся в нашем мозге от рождения. Это такой «предустановленный софт». Но, конечно, в случае отдельно взятого человека степень его важности (значимости той или иной потребности) определяется индивидуально. «Параметры установки» зависят от родительских генов, гормонального фона, жизненного опыта. В итоге для кого-то очень важной оказывается, например, агрессия, и это помогает стать чемпионом мира по боксу. Для кого-то – страх, для кого-то – родительское поведение. А для кого-то – лидерство, и такой человек порой способен вести за собой миллионы.
Из всего этого набора возникает основа личности, в том числе ее темперамент. Личность и темперамент в значительной степени определяются базовой инсталляцией значимости каждой из потребностей в уникальном мозге конкретного человека.
Люди разные еще и потому, что каждой индивидуальной и уникальной нервной системе присущи разные уровни тех или иных потребностей.
Все это создает разнообразие человеческого поведения, а отчасти – его непредсказуемость. И это к лучшему – ведь иначе наше общество сплошь состояло бы из стандартизированных роботов.
Потребности саморазвития
Третья группа нужд, которую выделил П. В. Симонов, – потребности саморазвития. Он писал, что это потребности, которые «направлены в будущее». В тот момент, когда вы реализуете соответствующее поведение, не очень понятно, зачем вы это делаете. Но если набраться терпения, то через час, а может, через неделю или месяц станет ясно: «Так вот для чего эта установка существует и претворяется в жизнь!».
Самым очевидным примером класса подобных программ является исследовательское поведение, сбор новой информации. Она точно так же, как и еда, безопасность и забота о потомстве, радует наш мозг.
Исследовательское поведение – важнейший компонент жизни человека. Наш мозг очень любопытен и получает положительные эмоции, когда узнает что-то новое, даже если это знание понадобится очень нескоро или даже окажется бесполезным. Именно поэтому мы иногда обнаруживаем себя в три часа ночи читающими в интернете о миграции антилоп или причинах распада Римской империи.
Подражательное поведение – делай как родитель, как сосед по парте, как вожак. Следуй примеру – и будет тебе счастье. Здесь работают зеркальные нейроны, повторяющие движения (иные, чем в случае сопереживания). При этом в момент повторения мы не всегда знаем, зачем нам это нужно. Но эволюционный опыт показывает: скорее всего, это полезное действие. Если мама-мартышка аккуратно переходит ручеек по камушкам, скорее всего, идти по воде опасно – и детенышу ради выживания следует поступить так же.
К программам саморазвития еще относятся установки, связанные со свободой, или, как писал И. П. Павлов, с рефлексом свободы. Мы с трудом переносим, когда кто-то ограничивает наше передвижение. Для этого вас не обязательно должны приковать наручниками к батарее, достаточно, например, оказаться заблокированным на парковке. Наш «биологический» мозг, заглядывая в будущее, говорит: борись, освобождайся, иначе умрешь от голода, жажды или тебя съест хищник.
Игровое поведение, связанное с удовольствием от движения, также входит в число потребностей саморазвития. Котенок бегает за бумажкой, а козленок скачет как угорелый. Зачем? Они тренируются перед вступлением в большую жизнь, потому что котенку предстоит охотиться на мышку, козленку – спасаться от волка. Животные об этом не знают, но врожденная программа наперед формирует их двигательные навыки, и сама эта тренировка опять же связана с положительными эмоциями.
Не удивляйтесь, когда какой-нибудь мальчик Петя трех лет залезает на табуретку и спрыгивает с нее, залезает и спрыгивает – и так 50 раз подряд. Постарайтесь не раздражаться и не ругать его, а подумайте, зачем ребенок это делает? «За надом!» – ответит вам Петя. Ему приятно (черная субстанция выделяет дофамин), и при этом тренируется его мозг: мозжечок формирует двигательные навыки. Взрослый человек это уже умеет, и предложение сына – «Папа, давай попрыгаем!» – у великовозрастного дяди вызывает глубокое недоумение: «Я что, дурак? Я это и так умею, зачем мне сейчас прыгать?». Хотя если у человека мозг с активным игровым поведением, он с удовольствием и побежит, и запрыгает. Знаете, есть такой чудесный тип взрослых людей, для которых любое движение действительно всерьез значимо. Они даже в солидном возрасте продолжают ходить в походы, на танцы, кататься на роликах. И чувствуют себя при этом абсолютно счастливыми!
Центры потребностей
Главными центрами биологических потребностей являются гипоталамус и часть структур, относящихся к базальным ганглиям. В базальных ганглиях – не только двигательные нейросети, работающие вместе с мозжечком. Около 20 % нейронов этой области связаны с обработкой потребностей и эмоций. Важнейшая из них называется миндалиной. Миндалина – парное скопление нервных клеток, которое находится в глубине височных долей мозга. Она сообщает в ассоциативную лобную кору: «Хочу то, хочу се, вот это хочу!»
Гипоталамус вместе с миндалиной образуют замечательную пару, которая отвечает за большинство биологических потребностей и генерирует их.
Как мы вообще начинаем в чем-то нуждаться, от чего зависит уровень потребностей? От того, что мы видим во внешней среде, от сигналов самого организма, гормонов, генетических факторов. Различные ядра гипоталамуса отвечают за разные наши нужды.
Если мы говорим про голод и жажду, тут ведущую роль играет средняя область гипоталамуса. Когда речь идет о половом и родительском поведении, здесь гипоталамус (его передние ядра) тоже главный, но миндалина его контролирует и не дает зашкаливать этим потребностям, не позволяя нам скатиться в маниакальные одержимости. А так бы распоясались! Задняя часть гипоталамуса работает со страхом и агрессией, но в данном случае под четким управлением миндалины – та запускает эти программы, а гипоталамус в основном уже реализует реакции внутренних органов и эндокринные ответы на появления стресса. То самое усиленное потоотделение, спазмы кишечника и прочие «прелести», возникающие, когда мы нервничаем.
Глава 2. Мозг и еда. Пищевое поведение
Пищевые рефлексы
Как правило, когда физиологи говорят о потребностях, они подразумевают, что за каждой из них стоит конкретная нервная структура. Это позволяет взглянуть на ситуацию объективно, что и требуется от качественного, доказательного естественно-научного исследования.
Согласно П. В. Симонову, потребность в еде относится к классу витальных – тех, без которых мы не сможем физически существовать. Эта постоянная необходимость съесть что-нибудь связана с центрами голода, пищевого насыщения, гормонами, которые на них влияют. Попробуем разобраться, как мозг взаимодействует с пищей и почему же большинство из нас так любит поднять себе настроение какой-нибудь вкусняшкой.
Пищевое поведение – одно из самых базовых. Понятно, что если мы не будем питаться, во-первых, для получения энергии, во-вторых, для построения тела, то у нас очень быстро возникнут проблемы. Вначале появляются симптомы недостатка энергии, организм говорит: «У меня кончилась глюкоза, топливо на нуле, нужно что-то срочно съесть». Если ничего не предпринимать, появятся и другие негативные симптомы. Можно, конечно, «распечатать заначку» с жирами, но наше тело делает это крайне неохотно, предпочитая требовать от мозга углеводы.
Голод и желание поесть – это то, что сопровождает нас всю жизнь. Так же как в случае других биологических нужд, удовлетворение пищевой потребности дарит нам положительные эмоции, причем сильные и надежные.
Если наше поведение не привело к успеху и организм не смог добраться до пищи, вполне очевидно, что мы получим порцию плохого настроения. Те поведенческие программы, которые привели к неудаче, приобретут минус в рейтинге («минус 10 очков Слизерину»), и далее по ходу жизни наш мозг будет выбирать их с меньшей вероятностью. Элементарный пример: вы пошли в какое-то кафе, а там вам принесли слегка подтухший липкий салат и суп, в котором плавает муха. В другой раз вы десять раз подумаете, стоит туда идти или нет. Еще и отрицательный отзыв напишете.
Человечество за тысячелетия своего существования изобрело много интересного и важного, связанного с едой. Прежде всего это древнейшее искусство кулинарии. Если рассчитать ваши месячные расходы, наверняка получится, что на еду вы тратите гораздо больше денег, чем на музеи, концерты и покупку книг. Кто-то чаще ходит в рестораны, кто-то заказывает доставку роллов, а кто-то и сам любит сварить борщ и пожарить котлет. Но все это говорит об огромной значимости пищевых программ.
При рассмотрении каждого центра биологических потребностей очень важен врожденный компонент. В случае пищевых программ наблюдается интересная ситуация: здесь человек в ряду отстающих. Мы, с нашим сложным мозгом, на врожденном уровне обладаем минимальным количеством соответствующей информации. И наша нервная система больше заточена на обучение в процессе жизни, чем на базовые установки, данные нам с рождением. Когда человек появляется на свет, его мозг в отношении знаний о еде почти «пуст», он содержит незначительное количество врожденных программ, связанных с едой. Конечно, младенец умеет сосать мамину грудь, глотать, выделять слюну, но это почти ничто по сравнению с тем, что умеют, например, пчела или паук. Паук врожденно способен плести сеть, пчела – строить соты. В мозге у этих членистоногих примерно 100–200 тысяч нейронов. Всего-то! И тем не менее на этих не очень больших нейросетях (а у нас с вами нейронов около 90 млрд) записаны врожденно заданные программы колоссальной сложности. Это говорит о том, что нейросеть обладает очень большой информационной емкостью.
Удовлетворение потребностей происходит за счет того или иного поведения.
Самый простой тип поведения – рефлексы (реакции на стимулы).
Стимул, как известно, вызывает ответ, реакцию.
В простейшем случае, для того чтобы удовлетворить потребность в еде, нужно реализовать пищеварительный рефлекс. Такие рефлексы запускаются вкусовыми, тактильными, обонятельными, зрительными стимулами. Представьте: вы идете по улице, и тут ваши ноздри улавливают запах свежеиспеченных пончиков – маслянистых, посыпанных сахарной пудрой… Скорее всего, слюнки потекут, даже если вы не очень любите пончики и считаете их вредным фастфудом.
В мозге – как разных животных, так и в человеческом – можно найти врожденно установленные, сформированные цепочки нейронов – рефлекторные дуги. Прикосновение к губам младенца вызывает сосательный рефлекс – он тут же начнет причмокивать. А если на язык ему капнуть чем-нибудь горьким или кислым, например лимонным соком, то он станет отменно плеваться. То, что младенец отлично умеет, с одной стороны, сосать мамину грудь, а с другой – плеваться (умудряясь еще орать при этом, как будто вопрошая: «Родители, что за гадость вы мне подсунули?»), показывает, насколько это важные врожденные программы поведения.
Если мы посмотрим на мир животных, то подобных рефлекторных дуг – когда от стимула возбуждение по цепочке нейронов доходит до движения, до реакции внутренних органов – обнаружим очень много. При этом важно, какую конкретно пищу ест существо того или иного биологического вида. Поэтому на входе в пищевые программы у хищников, у растительноядных или насекомоядных находятся весьма разные органы чувств. Вначале часто срабатывают так называемые дистантные сенсорные системы, которые издали, на дистанции идентифицируют потенциальную пищу. Животные видят, чуют или слышат свою добычу.
Например, родиться самцом соловья, кузнечика или лягушки в нашем мире довольно рискованно. Если вы в любовном порыве поете, стрекочете или квакаете – тем самым выдаете свое местоположение. На это у многих хищников, например у проходящего мимо кота, срабатывают врожденные рефлекторные дуги: «Ага, еда сама о себе сообщает!». Это все равно что запустить рекламную кампанию «Съешь меня!».
Когда хищник схватил добычу, когда коза дотянулась до ветки с листьями, у них начинают функционировать контактные сенсорные системы, первым делом – тактильная. Необходимо потрогать, что досталось, похоже ли это на настоящую еду. А в конечном итоге добро дает вкусовая система. Вкус – это последний контроль качества и химического состава пищи и, соответственно, момент окончательного решения – съедобная или несъедобная эта штука, которая уже находится в ротовой полости.
Членистоногие, например бабочки, часто настроены на определенный вид пищи. Будучи гусеницей, бабочка запоминает вкус и запах того растения, которое ест. После чудесного преображения бабочка старается отложить яйца на такое же растение. Получается, что она идентифицирует свою пищу по памяти, то есть уже у членистоногих существует своеобразный аналог культурной передачи информации.
У рыб все тело покрыто вкусовыми рецепторами. У рыб-хищников рефлекс схватывания добычи очень ярко выражен. Например, щука реагирует на зрительный образ жертвы, прекрасно детектирует движение и рассчитывает траекторию броска. Она подплывает, подплывает, а потом кидается на свою жертву с полуметра. Щука ест все, что шевелится в воде. Если поместить в одну банку щучку и несколько других рыбок, то через небольшой отрезок времени в банке останется только щучка. И часто хвост последней рыбки, уже не поместившейся в желудок, будет торчать у нее изо рта. Щучка ничего не может с собой поделать, потому что нападение и глотание – ее важнейшая врожденная программа. Так что не стоит лишний раз болтать ногой в водоеме, где водятся крупные и хищные рыбы. И рыбаку палец в рот щуке совать не стоит: желание, как в сказке, она все равно не исполнит.
У нас почти все вкусовые рецепторы собраны в ротовой полости, хотя часть из них расположена еще и по ходу желудочно-кишечного тракта. Человеческий детеныш врожденно очень мало что знает про свою еду. Визуально молоко он не идентифицирует, но на вкус определит как что-то сладковатое и белковое. У младенца работают тактильные рецепторы вокруг губ и вкусовая система. А дальше запускается сосательный рефлекс. Замечательные пухлые младенческие щечки – это на самом деле мышцы, которые нужны для того, чтобы высасывать молоко – прекрасный источник энергии и питательных веществ – из материнской груди. У младенцев этот рефлекс работает надежно к всеобщей радости и умилению.
Рефлексы – очень интересная сфера и, если идти по этапам эволюции (филогенезу) – говорить о червях, моллюсках, членистоногих, разнообразных позвоночных, – можно подобрать сотни примеров рефлекторного пищевого поведения.
Рефлексы являются самым «поверхностным» и легко наблюдаемым уровнем деятельности нервной системы.
Но более сложные проявления пищевого поведения, конечно, связаны с внутренним состоянием мозга. Уже в XVII веке величайший французский ученый и мыслитель Рене Декарт, который первым описал рефлекторный принцип работы мозга, отмечал, что поведение человека – это не одни рефлексы. Если копнуть чуть глубже, мы обнаружим круг явлений, попадающих в сферу работы центров потребностей, активируемых эндогенно, то есть изнутри организма.
Наличие запускающего внешнего стимула в такой ситуации оказывается даже не обязательным. Мы можем убрать сенсорное звено, оставить только вставочные нейроны (интернейроны), которые, собственно, и принимают решение о запуске разных реакций. Потребность возникает тогда, когда внутри мозга нарастает некое состояние, например чувство голода.
Одно дело – вы увидели конфету и тут же запихнули ее в рот, даже если есть вам совсем не хочется. Это рефлекс на «вкусняшку», причем возникший в ходе обучения. И совсем другое дело – когда внутри организма происходит активация потребности и кора больших полушарий начинает снизу, из гипоталамуса, получать сигналы типа: «Мне есть хочется, я голоден, давай хоть что-нибудь пожуем». В какой-то момент эта потребность завладевает поведением, и мы начинаем думать, осталась ли в холодильнике колбаса и надо ли в магазин за хлебом. Причем активация центра потребности зависит от гормонального фона и сигналов от внутренних органов.
Часть процессов активации тоже вписывается в понятие рефлекторных дуг. Например, сигналы от пустого желудка можно воспринимать как особого рода сенсорные стимулы, которые рефлекторно усиливают пищевое поведение. Запуск действия изнутри организма (сигналами от системы внутренней чувствительности) – очень характерный компонент работы центров многих потребностей.
Классификация П. В. Симонова включает примерно два десятка разных потребностей. А наш мозг – арена конкуренции поведенческих программ, соответствующих этим потребностям. Внутри нас (точнее, внутри миндалины и ассоциативной лобной коры) в каждый момент времени они выясняют, кто главнее. Если вы пришли послушать чью-то лекцию, то, наверное, любопытство у вас в тот момент являлось ведущей потребностью (по крайней мере, на это всегда надеется спикер), но в какой-то момент вам захочется есть, спать или в туалет, и тогда начнут проявлять себя уже другие программы. Вы вспомните, что в рюкзаке у вас завалялась шоколадка, и сосредоточиться на теме лекции будет уже сложнее.
Конкуренция потребностей – дело обычное. Понятно, что пищевое поведение выигрывает конкуренцию, когда очень хочется есть. Но когда желудок наполнен и больше не лезет, оказывается, что свобода, новизна впечатлений, общение с друзьями – тоже значимы, и золотая клетка с массой вкусненького уже не радует…
Как уже упоминалось, центры различных потребностей в мозге каждого из нас установлены с неодинаковой яркостью. Это зависит от ДНК родителей, от ряда пренатальных событий, эпигенетики, гормонов и т. д., и все это является основой нашей личности и проявлений темперамента.
Кто-то более свободолюбив и ставит независимость превыше остального. Для кого-то очень важно быть лидером и завоевывать авторитет. Кто-то более любопытен и с детства штудирует энциклопедии «Все обо всем», предпочитая книги дворовому футболу. В итоге возникает некое уникальное сочетание разных потребностей, уникальный сложный баланс двух десятков базовых программ, во многом являющийся основой нашей личности. От этого сочетания зависит не только темперамент, но и способность к обучению, адаптации к окружающей среде, выбор профессии, круга общения, а в итоге – всего жизненного пути.
Центр пищевой потребности, центр голода
Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в относительно новых с точки зрения эволюции зонах. Например, это нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны.
Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда необходима абсолютно всем и всегда. Мы не можем питаться «энергией солнца» и «святым духом», что бы ни говорили самые просветленные йоги и монахи-отшельники. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы не способны существовать. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода – они как минимум усиливают двигательную активность. Например, если червяку стало голодно (во внутренней среде его организма уменьшилась концентрация питательных веществ), он начинает бодрее ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.
Рис. 2.1. Схема поперечного среза головного мозга человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)
В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней половине промежуточного мозга, а точнее в его средней части (серый бугор гипоталамуса) (рис. 2.1).
Второй значимой для пищевого поведения зоной является структура, которая называется миндалина, на латыни – amygdala. Эта парная структура относится к базальным ганглиям и располагается в височных долях больших полушарий, в их глубине. Взаимодействие этих мозговых структур направляет многие потребности, в том числе пищевую.
В случае пищевой потребности первую скрипку играет гипоталамус, а миндалина занимает роль контролирующего и поддерживающего центра.
Факторы, запускающие пищевое поведение
Что активирует поведенческие программы, связанные с пищевой потребностью?
1. Прежде всего, это сенсорные сигналы из внешней и внутренней среды. В случае голода это запах и вид пищи, требования пустого желудка, концентрация глюкозы в крови. Существует большой набор стимулов, активирующих пищевое поведение. Какие-то из них заданы врожденно, большинство же – результат обучения. Как мы уже говорили, для человека большинство пищевых программ – приобретенные. Например, вы очень любите мороженое-пломбир с изюмом в вафельном стаканчике. Вероятность, что вы не пройдете мимо него гораздо выше, чем если бы, например, вам на глаза попался лимонный щербет. Ваша любовь к данному виду мороженого – приобретенная программа.
2. Гормональный фон. Существует несколько ключевых гормонов, которые связаны с голодом и питанием, и порой именно они служат виновниками расстройств пищевого поведения.
3. Гены, наследственность – особенность, перешедшая от родителей. Кто-то врожденно более склонен к активному поеданию пищи и перееданию, кто-то менее. Если в вашей семье приняты широкие застолья с десятью видами салатов и горячего – и непременно нужно все заполировать десертом, – вероятно, вы скопируете (вспомним зеркальные нейроны) привычку питаться именно так.
4. Индивидуальная история. Этот процесс подразделяется на две фазы: пренатальную и постнатальную. К пренатальной относится то, что случилось, когда вы еще были в животе у мамы. Именно во время эмбрионального развития формируется множество нейросетей с жестко (врожденно) заданными свойствами. В итоге то, как себя ощущала мама во время беременности, как и чем питалась, какой у нее был уровень стресса, болела или не болела она инфекционными заболеваниями и т. д., оказывается очень важным фактором. Постнатальная фаза – это то, что случилось уже после вашего рождения.
Психогенетические исследования, которые начались еще в XIX веке со сравнения монозиготных и дизиготных близнецов, для очень многих характеристик нашей личности, в том числе связанных со сферами потребностей и темперамента, дают весьма однотипную картину:
• примерно на 50 % наши личностные установки зависят от генов;
• на 25 % – от пренатального развития;
• на 25 % – от постнатальных событий.
Получается, что в нас столько всего закладывается генетически и пренатально, что потом изменить, скорректировать это воспитанием, влиянием общества или собственной силой воли бывает крайне непросто. В обычной размеренной жизни мы легко подчиняемся окружающей среде и правилам социума. Но если наступают серьезные испытания и мы оказываемся в трудном положении, то тут из нас того и гляди «полезет» истинная сущность. Этот сюжет очень любят литераторы и кинематографисты, которые в своих произведениях так и норовят загнать людей в экстремальную ситуацию и показать, какие они «на самом деле». Так тихоня превращается в супергероя, а всеобщий любимчик – в труса и предателя.
Если вернуться к пищевой потребности, известно, например, что, если мама плохо питается во время беременности, ребенок после появления на свет будет склонен к перееданию.
Он еще не родился, но уже в курсе: «Еда в этом мире – большой дефицит…».
А что же кесарево сечение? Ведутся обширные исследования, вредно ли оно для ребенка и как эта процедура сказывается на его дальнейшем поведении. Мнений по этому поводу не счесть – примерно как о пользе или вреде кофе. Например, солидный американский журнал в 2016 году опубликовал статью о связи кесарева сечения с риском ожирения во взрослом возрасте. Утверждается, что если ребенок появился на свет таким способом, то в него не попадает нужный набор бактерий, которые дальше должны способствовать работе кишечника малыша. В итоге, из-за того что у ребенка не такая, как надо, микробиота, то есть сообщество микроорганизмов (прежде всего бактерий) толстого кишечника, он будет с большей вероятностью склонен переедать и набирать вес. Дети, появившиеся на свет при помощи кесарева сечения, на 64 % чаще страдали ожирением, чем их братья и сестры, рожденные классическим способом.
Отсюда вывод: не стоит бояться кесарева сечения, но нужно использовать микробиоту матери. Исходя из теории «вагинального посева» (с которой, впрочем, не все согласны), ребенку надо нанести смазку с соответствующей части тела матери на лицо или губы. Сейчас, кстати, микробиота – популярнейший объект исследования, и анализ того, что живет в кишечнике успешных людей, гениев, выдающихся музыкантов, предпринимателей и ученых, интересует абсолютно всех. Хотя на самом деле еще в XIX веке практиковалась технология, когда больные из высшего общества получали клизмы с микробиотой «совершенно здоровых крестьян».
Центры мозга, отвечающие за пищевое поведение
Вернемся к гипоталамусу. Он состоит примерно из 80 отдельных групп ядер с разными функциями, и в этом смысле он – очень сложная по устройству структура. В других областях мозга, например, в таламусе, который находится чуть выше, между ядрами, решающими разные задачи, есть прослойки аксонов (белое вещество), и это четко видно на срезах. Вот одно ядро, вот – другое и т. д. В гипоталамусе же все ядра незаметно переходят друг в друга, их границы анатомически не очевидны, и определить их можно лишь при оценке функций нейронов. Гипоталамус требуется еще изучать и изучать, тем более, что добираться до его центров тяжело: вживлять электроды надо очень глубоко в мозг (и главное – не промахнуться).
Давайте вспомним, что:
• средняя часть гипоталамуса в большей степени связана с голодом и жаждой;
• передняя – с половым и родительским поведением;
• задняя – с проявлениями страха и агрессии.
Действительно, если мы рассмотрим среднюю зону гипоталамуса, то обнаружим здесь не просто нейроны, связанные с голодом, но две конкурирующие области. Одну можно условно обозначить как, собственно, центр голода, другую – как центр пищевого насыщения, и они постоянно поддерживают друг друга. Как же это понять – одновременную поддержку и конкуренцию?
Системы с взаимным торможением двух центров довольно часто встречаются в мозге, они позволяют сохранять стабильность внутреннего состояния (гомеостаз). Если какой-то из блоков мозга вдруг начинает избыточно активироваться, его конкурент и оппонент говорит: «Эй-эй, потише, успокойся!»
Такие контуры существуют и на уровне небольших нейросетей, и на уровне взаимодействия макроструктур: центры сна и бодрствования, положительных и отрицательных эмоций, сгибания и разгибания конечностей. И для победы одного из центров, например голода, нужны серьезные дополнительные сигналы. Если их нет, мы спокойны и чувство голода не отвлекает нас от других дел. В этот момент центры насыщения (вентромедиальный гипоталамус) временно побеждают.
Но если «загорелась сигнальная лампочка», что в крови мало глюкозы и падает концентрация инсулина, если пустой желудок сообщает: «Мои стенки слишком сжались!» – тогда активируется латеральное ядро гипоталамуса, в наибольшей степени связанное с голодом, и пищевая потребность начинает побеждать. Чем дольше длится это состояние, тем выше уровень возбуждения, тем активнее гипоталамус «стучится» в лобную кору больших полушарий и требует изменений поведения. «Ну сколько можно сидеть за компьютером, поди уже сделай себе бутерброд!»
А дальше мы имеем дело с очень индивидуальной ситуацией: для кого-то эти сигналы совершенно невыносимы, сразу возникают негативные эмоции – человек становится раздражительным, не может спокойно работать. А кто-то в состоянии терпеливо ждать времени обеда или ужина.
Важнейшим показателем здесь является концентрация глюкозы в крови. В идеале она составляет около 0,1 %. Эта цифра важна прежде всего для мозга, для работы всех его нервных клеток. Дело в том, что наши нейроны, во-первых, потребляют очень много глюкозы. Мозг – самая активная часть организма и «ест» больше всего энергии. Во-вторых, нейроны совершенно не умеют делать запасы. Вот, скажем, мышечные клетки – вполне «хозяйственные товарищи» и способны откладывать глюкозу впрок (это происходит в форме молекул гликогена). И в случае, когда мы давно не ели, они просто используют эти «закрома». А расточительные нервные клетки это делать не умеют. Они все время, каждую секунду, берут глюкозу из крови. Поэтому если ее концентрация будет отличаться от привычной 0,1 %, пойдет вниз или вверх, скажем, на четверть или треть, – мозгу это совсем не понравится.
При низком уровне глюкозы можно упасть в голодный обморок. Если ее будет слишком много, нервная система перевозбудится, и это может вызвать ее болезненное состояние.
Когда мы едим, концентрация глюкозы в плазме крови повышается, поджелудочная железа это замечает и выделяет инсулин. На фоне инсулина все клетки начинают быстро усваивать глюкозу. В итоге ее уровень не должен подняться намного выше «правильного» 0,1 %.
Если мы по какой-то причине давно не ели, то в организме включаются дополнительные механизмы стабилизации. Например, печень начинает выбрасывать свой запас глюкозы (она хранится там, как и в мышечных клетках, в форме полимера гликогена). Причем на фоне снижения концентрации глюкозы в крови инсулин вообще перестает выделяться. Его отсутствие – сигнал всем клеткам организма не трогать глюкозу. То есть мышцы, почки, кожа без инсулина эту всеобщую «вкусняшку» не берут. На это имеет право только мозг. Нервные клетки продолжают потреблять глюкозу, но ее концентрация в крови все-таки продолжает падать. Вот тут-то и срабатывает центр голода.
При уровне глюкозы заметно меньше 0,1 % мы начинаем на субъективном уровне чувствовать дефицит пищи, и чем ниже показатель – тем желание поесть сильнее. Возникает настоятельная пищевая потребность, сигналы гипоталамуса становятся все «громче», и даже очень разумное существо, занятое самыми возвышенными размышлениями о судьбах мира, скорее всего, бросит это благородное занятие и пойдет к холодильнику. Потому что это важно – без глюкозы мозг быстро перейдет в плохое функциональное состояние, и никакие возвышенные размышления (c точки зрения гипоталамуса и миндалины) того не стоят.
Итак, получается, что снижение концентрации глюкозы и инсулина в крови подтормаживает центры насыщения и активирует центр голода («Я хочу есть!»). Повышение работает наоборот – тормозит центр голода («Я не хочу есть, давай займемся чем-то другим») и активирует центр насыщения.
Очень важным фактором (помимо химического состава крови) являются сигналы от пустого желудка. Отсутствие еды в желудке означает, что стенки его не растянуты. В тканях желудка есть специальные нервные волокна, которые на это реагируют, и сигнал по ним уходит в центр голода.
Поэтому вот вам популярный лайфхак: если вы хотите есть, а под рукой ничего нет или вы героически сидите на диете, – чтобы заглушить чувство голода, надо попить.
Причем лучше пить не газированную воду, а обычную, потому что пузырьки тоже возбуждают стенку желудка, а это вам ни к чему. Если вы выпьете стакан воды, может быть, это поможет на несколько минут. Не подействует – выпейте еще один стакан. Но в конце концов все равно придется съесть хотя бы яблоко или морковку, чтобы заполнить пустоту в желудке и «удовлетворить» те вкусовые рецепторы, которые находятся непосредственно в его стенках.
Существует операция – резекция, – когда хирурги удаляют у особо тучного человека часть желудка, уменьшая тем самым его объем. Или хотя бы устанавливают на желудок кольцо, которое не дает ему слишком растягиваться, и пациент действительно начинает меньше есть. Зачастую это спасает жизни.
Еще один вариант обмана рецепторов желудка – съесть некую псевдопищу, например таблетки из целлюлозы. По сути, это кусочки прессованной туалетной бумаги. Не удивляйтесь! Человек глотает такую таблетку, она разбухает внутри, как памперс, и желудок ощущает: «Я что-то съел». При этом сигнал от него в мозг о чувстве голода становится слабее. В принципе, это может помочь некоторым людям контролировать свой процесс питания – никакого вреда целлюлоза не приносит.
Современная медицина сейчас предлагает вживлять в тело специальные электроды, которые подавляют электрические сигналы, идущие от желудка к мозгу, чтобы за счет таких хирургических имплантационных техник сдерживать ощущение голода. Похоже, от кибербудущего нам никуда не деться!
Если с центром голода или насыщения что-то случается, то пищевое поведение животного или человека радикально меняется.
Классические эксперименты еще в середине прошлого века проводились на кошках. Одним из них намеренно разрушали центр голода, а другим – центр насыщения. Если уничтожить латеральный гипоталамус, центр голода, то сигналов о дефиците пищи вообще не возникает. И кошка просто не хочет есть – никогда, становится дистрофичной, поскольку у нее не запускаются программы пищевого поведения. И хоть миску со сливками перед ней ставь, хоть колбасу – это никак не привлечет ее внимание. А животные с разрушенным центром насыщения будут есть, пока влезает и пока переполненный желудок не начнет подавать болевые сигналы, – но все равно останутся голодными. Буквально – будет есть, пока не лопнет.
Иногда недоношенные дети рождаются с такой дисфункцией гипоталамуса, когда они не хотят есть и не плачут от голода. Мама сначала радуется: «О, какой тихий и спокойный достался!» – а потом, естественно, начинает тревожиться. В этом случае надо просто кормить младенца по часам и не забывать делать это регулярно. К счастью, сосательный рефлекс в любом случае срабатывает, даже если выключен центр голода («аппетит приходит во время еды»). Как правило, через два-три месяца гипоталамус у недоношенного младенца наконец созревает, и блок пищевого поведения начинает работать нормально.
Еще один вариант нарушений наблюдается, когда у взрослого человека происходит микроинсульт в центре голода. Микроинсульты в частности и инсульты вообще – это события, которые выключают какие-то области мозга. Они бывают разными. Например, когда сосуд забивается тромбом, какая-то часть мозга перестает получать кислород и выключается – это более легкий вариант, называемый ишемический инсульт. Хуже – геморрагический инсульт, когда сосуд лопается, и кровь, вытекая, повреждает окрестные нервные клетки. Удивительно, но для нейронов кровь – ядовитая жидкость: в ней много белков со свойствами пищеварительных ферментов. Даже порвавшийся микрососуд может вызвать довольно заметное изменение поведения, в частности, выключение чувства голода. И наоборот: если микроинсульт случится в зоне, связанной с пищевым насыщением, – вентромедиальном ядре, – тогда человек или животное постоянно будет ощущать сильнейший голод, у него возникает патологический аппетит и набор веса.
Если человек весит 150–200 кг, это можно списать на любовь к гамбургерам и пельмешкам с майонезом после полуночи, нарушение обмена веществ и неприязнь к спорту. Но когда кто-то весит 300–400 и более килограммов – это, конечно, уже проблемы с гипоталамусом. Такие люди постоянно ужасно голодны, и им очень тяжело живется. Широко известна история мексиканца Мануэля Урибе, у которого до 20 лет было нормальное пищевое поведение, но потом он вдруг стал ощущать постоянный жуткий голод. Анализ показал, что у него случился микроинсульт в вентромедиальном гипоталамусе, и дальше он только и делал, что ел, набрав вес почти в 600 кг.
Если немного поглубже посмотреть на баланс голода и насыщения, то оказывается, что, помимо так называемых фазических факторов, есть еще и тонические.
Фазическими называют сигналы, которые действуют здесь и сейчас, и они уже через минуту-две могут выключиться. Они обусловлены концентрацией глюкозы в крови и сигналами от пустого желудка: пообедал – и эти сигналы затихли. Тонические факторы определяют баланс голода и насыщения в течение дней, недель и месяцев.
Влияние гормональных факторов. Анаболизм и катаболизм
Важнейшие тонические факторы – это гормоны. Самый известный из них – лептин, гормон, который выделяется нашей жировой тканью. Именно с лептином связывают глобальный баланс энергии в нашем организме. Метаболизм – слово, знакомое каждому, кто хоть раз задумывался о правильном питании. Обмен веществ, поддерживающий в нас жизнь, делится на две составляющие: анаболизм и катаболизм (рис. 2.2).
Анаболизм – это процессы синтеза органических веществ, которые в итоге приводят к росту организма и набору веса. Это необязательно жир, точно так же растут и мускулы. Недаром есть спортивные допинги – анаболические стероиды (анаболики), которые позволяют быстро наращивать мышечную массу.
Катаболизм – это процессы распада органических веществ, которые, наоборот, приводят к потере веса и энергии. Кстати, греческая приставка «ката-» означает «движение вниз». Например, «катаклизм» дословно переводится как «падающий сверху вниз поток воды, который все очищает». В этом смысле наводнение или цунами – это катаклизм, а вот землетрясение или извержение вулкана – уже нет. Но на такие детали уже мало кто обращает внимание. В любом случае катаболизм отвечает за снижение, потерю массы тела. Получается, что с этим процессом связаны центры насыщения (а еще – состояние стресса и высокая двигательная активность), а с анаболизмом, напротив, центры голода и «экономии сил».
Рис. 2.2. Основные факторы, влияющие на центр голода и энергетический баланс организма. На рисунке не показано воздействие на процессы катаболизма гормонов стресса, половых гормонов, тироксинов
Клетки жировой ткани, которые вырабатывают лептин, называются адипоциты. Адипоциты находятся прежде всего в подкожной жировой клетчатке и заняты важным делом – хозяйственно запасают в «закрома» липидные молекулы. Сама по себе идея – запасти жир – в целом хорошая, ведь пока наши предки эволюционировали, еды вечно не хватало. Поэтому если на пути встречалось дерево с кучей сочных плодов, надо было попытаться «впихнуть» в себя как можно больше – как знать, попадется ли еще одно такое? А если плоды сорвать, они быстро испортятся. Тогда было правильно, что наш предок объедался от пуза, и организм все это откладывал «про запас», превращая углеводы в более энергоемкие жиры. И потом использовал эти ресурсы в голодные времена.
К счастью, человек не похож на медведей или сурков, которые каждую осень становятся в несколько раз тяжелее, а потом во время зимней спячки сбрасывают вес. У нас нет такого механизма, мы как потомки тропических обезьян активны круглый год, и какого-то сезонного явного набора массы не происходит (впрочем, многие из нас прибавляют по паре килограммов за зиму, верно?). Тем не менее небольшое количество жира нам необходимо.
Например, если женщина становится совсем худой, истощенной, то у нее прекращаются овуляции. Без нормальных лептиновых сигналов яичники перестают вырабатывать яйцеклетки, потому что половая система «понимает»: такой тощий организм все равно не сможет выносить ребенка.
В норме каждая клеточка жировой ткани выделяет лептин. Получается, что общая концентрация лептина в крови – это информация о том, сколько есть запасов в «закромах» нашего организма. Очень много их быть не должно. Поскольку наши предки активно лазали по деревьям, слишком большая масса тела для нас – это нехорошо и противоестественно. Толстая обезьяна рано или поздно сломает ветку, упадет и разобьется.
Именно лептиновый сигнал тормозит центры голода, а сам лептин служит основным ограничивающим фактором, который глобально (тонически) следит за нашим весом.
Если мы начинаем толстеть, то в норме лептиновый сигнал ограничивает наш аппетит, и вес останавливается на какой-то разумной цифре. Это такой невидимый помощник, который опускает шлагбаум на пути еды и говорит: «Все, достаточно». Но не все так просто.
Проблема в том, что лептин – белковый гормон, а белки – это очень крупные молекулы, которые с трудом протискиваются в мозг. Между нашей кровью и мозгом существует специальная клеточная преграда. Она называется гематоэнцефалический барьер, сокращенно ГЭБ. ГЭБ существует для того, чтобы ненужные вещества не проникали из крови в мозг, это своеобразный фильтр. Различные мелкие молекулы в основном попадают в кровоток из пищи; белковые молекулы являются результатом деятельности печени, эндокринных желез. Если бы все эти вещества запросто преодолевали ГЭБ, деятельность нервных клеток слишком легко бы нарушалась. Очень уж много «сорной мелочи» перемещается с кровью. Поэтому в мозг проходят (а точнее, транспортируются, активно переносятся) лишь избранные соединения. Глюкоза, конечно, хорошо проходит, она – главный источник энергии, и у нее VIP-пропуск. А вот белок лептин с трудом проникает в мозг, для этого имеется специальная транспортная система – и она несовершенна. С возрастом лептин преодолевает ГЭБ все хуже и хуже. А значит, с годами все меньше «стражей опускают шлагбаум» на пути пищи и говорят: «Достаточно». Соответственно, сигнал адипоцитов не достигает гипоталамуса, и люди после 40 лет часто начинают набирать вес. Вывод: важно всегда быть осознанными потребителями пищи, особенно с возрастом. После 40 лет шутка «Подышал рядом с тортиком – набрал пять кило» уже не такая смешная.
Если мозг генетически не чувствителен к лептину, а такое бывает, то голод становится для человека проклятием прямо с рождения. Существуют дети, у которых попросту нет внутренней реакции на лептин, они с младенчества начинают катастрофически толстеть. Уже в восемь-десять лет могут набрать массу 100 и более килограммов. Есть идея использования лептина в качестве препарата, лекарства для контроля веса. Но поскольку это белок, эффекта добиться сложновато. Даже если вводить его внутривенно, совсем немного этого вещества дойдет до мозга. А лептин в виде таблеток будет просто разрушен в желудке и кишечнике и в кровь даже не проникнет. Так что идея хорошая, но как ее реализовать, пока не придумали.
Помимо лептина, за последние 10–15 лет был открыт целый ряд других гормонов, регулирующих баланс центров насыщения и центров голода. Например, грелин – молекула, которая выделяется пустым желудком. Оказалось, что жаждущий еды желудок не только передает по нервам электрические сигналы в центр голода, но еще и выделяет гормон, чтобы побыстрее заставить нас бросить все дела и отправиться к холодильнику.
Грелин усиливает чувство голода, и с ним сейчас работают не менее активно, чем с лептином. Если мы сумеем снизить концентрацию грелина в крови, тогда есть нам в целом будет хотеться меньше.
Возможно, ученым удастся разработать что-то вроде вакцины, которая сможет подавить грелиновый сигнал.
Грелин, нейропептид Y, меланокортины, орексин – все эти гормоны очень «нежно» и аккуратно работают внутри гипоталамуса, регулируя баланс насыщения и голода. Это пока еще малоизученная область функционирования нашего мозга и физиологии питания.
Впрочем, на потребление пищи и чувство голода влияют и самые обычные, всем известные гормоны. Например, производимые щитовидной железой тироксины. Наша щитовидка выделяет важнейшую группу гормонов, которые регулируют общую интенсивность обмена веществ в организме. То, сколько каждая конкретная клетка потребляет глюкозы, насколько активно «сжигает» ее и получает энергию, зависит от тироксинов. Чем их больше, тем интенсивнее сгорает пища.
Человек, у которого щитовидная железа работает мощно, – худой, поджарый и все время хочет есть. Например, некая женщина Алла ест что хочет, сколько хочет и не набирает вес. Окружающие шепчутся: «Надо же, и ведь и не толстеет. Тайное средство знает!» Нет, не знает, просто метаболизм такой. У подобных людей все уходит в тепло и движения. Правда, слишком много тироксина тоже нехорошо, потому что возбуждение организма доходит до степени, когда могут возникнуть нервозность, гипертония, бессонница. Все хорошо в меру. Но, в принципе, избыток тироксина – не самая страшная беда, да и с завистниками можно смириться.
Хуже – когда щитовидная железа работает плохо и в организме присутствует мало тироксинов. Вот тогда человек унылый, апатичный, выглядит одутловато. Несмотря на то, что он не очень много ест, почти вся пища откладывается про запас. И на уровне психических процессов недостаток тироксина провоцирует вялость, депрессивные состояния. Недаром эндокринологи говорят, что не менее половины случаев депрессии начинаются с того, что у человека плохо работает щитовидная железа.
Вывод: если жизнь вдруг потеряла краски, то сначала надо пойти к эндокринологу, а уже потом – к психотерапевту. Может быть, достаточно просто начать принимать таблетки с тироксинами. Их, в отличие от лептина, можно произвести и доставить «по адресу» – это маленькие, прочные молекулы, которые прекрасно проходят из кишечника в кровь, и дальше – через ГЭБ в мозг.
Адреналин и кортикостероиды (прежде всего кортизол) – это гормоны надпочечников. Они всегда есть в организме на фоновом, нормальном уровне. Кортикостероиды больше связаны со стрессом, во время которого их выделяется очень много. Но в принципе чем больше их в крови, тем организм активнее сжигает энергию. Есть хоть какая-то польза от нервотрепок.
Еще помогают сжигать питательные вещества половые гормоны, а также гормон роста. Все они работают на то, чтобы лишняя энергия не накапливалась, и это позволяет контролировать вес.
Усложняет ситуацию то, что существуют суточные и сезонные ритмы выделения гормонов, а значит, и чувства голода. На кого-то нападает «ночной жор» – и человек отправляется греметь кастрюлями на кухню, пытаясь никого не разбудить. У женщин дополнительно имеются месячные ритмы потребления пищи – прекрасные читательницы знают, как тянет на всякую «гадость» во время предменструального синдрома. Но сложнее всего разобраться с потреблением пищи во время беременности и кормления грудью. Соленые огурцы с малиновым вареньем, смешанным с зубной пастой? Почему бы и нет.
Что мы едим? Микрокомпоненты питания
Все знают, что пища состоит из жиров, белков и углеводов. Давайте посмотрим на них с точки зрения мозга.
Углеводы – это молекулы – источники энергии, тот «бензин», на котором работает каждая наша клетка и организм в целом. Главный углевод – глюкоза, вещество, которое растения «добывают» в процессе фотосинтеза. А дальше мы, будучи животными, отнимаем у них этот углевод, съедаем его, и каждая наша клеточка получает энергию. Когда мы едим что-нибудь сладенькое, то получаем глюкозу или похожую на нее фруктозу в чистом виде. Но чаще мы потребляем полимер глюкозы – крахмал.
Растения предпочитают запасать глюкозу именно в виде крахмала, поэтому очень многие компоненты пищи являются крахмалосодержащими. Суточная доза углеводов – 200–300 граммов при умеренной физической нагрузке. Если у вас совсем плохо с активностью и вы целый день сидите за компьютером, то потребность в углеводах может быть заметно меньше. А если у человека большая нагрузка, например он целыми днями разгружает вагоны, то его потребность в углеводах может возрасти до 500 граммов в сутки.
Около 300–400 граммов глюкозы хранятся в печени и мышцах (помните, они используют ее, если мы забыли или не успели поесть). То есть примерно двухсуточный запас глюкозы мы носим с собой. Так что если вы вдруг решили похудеть и уже целые сутки героически ничего не едите, не надейтесь: до запасов жира ваш организм еще не добрался. Он будет расходовать припасенную глюкозу, а жир пойдет в дело только на 3–4 сутки. Увы.
Жиры, или липиды, – это тоже энергия. В сутки человеку нужно примерно 60–80 граммов жиров, 80 граммов – при высокой активности, 60 – при умеренной. А если физическая нагрузка совсем маленькая, то цифру можно уменьшать и дальше.
Помимо того, что жиры – это энергия, они еще и строительный материал. Углеводы в этом плане практически бесполезны, а из жиров построены мембраны всех наших клеток. С точки зрения этой функции гораздо ценнее именно растительные жиры. Они как строительный материал для мембран подходят намного лучше, их молекулы более гибкие. А вот животные жиры – это прежде всего энергия.
Поэтому выбор между сливочным маслом и подсолнечным достаточно очевиден в пользу последнего, которое состоит из более подвижных, гибких молекул. Именно из них можно собирать такие же гибкие клеточные мембраны. Это жизненно необходимо, потому что любое наше движение связано с деформацией клеток, а значит, мембраны должны быть эластичными и упругими.
Белки. Их взрослому человеку нужно примерно 1,2–1,3 грамма на килограмм веса в сутки. Белки, как известно, состоят из аминокислот. Двадцать типов аминокислот входят в состав каждого белка. Примерно половину из них мы не умеем синтезировать сами и должны получать извне, с едой. Кстати, мы не умеем делать и молекулы, похожие на растительные жиры. Подобные компоненты пищи, которые наши клетки не умеют сами синтезировать, называют незаменимыми. Это отдельная тема, и она немного обидная, поскольку мы привыкли считать себя венцом эволюции, а на самом деле не умеем сами вырабатывать десятки веществ и вынуждены их съедать. Дрожжи, например, или кишечная палочка все нужные им вещества умеют синтезировать сами. Да, в этом мы проигрываем даже дрожжам!
Дело в том, что животные по ходу эволюции действительно утратили множество ферментных систем, которые создают, например, витамин А или часть аминокислот. Причина проста – все это имеется в пище, и острой потребности в синтезе этих молекул не было. Зачем напрягаться и производить, если можно съесть? Если какой-нибудь вариант синтеза терялся, это проходило незаметно для организма. Но с развитием цивилизации, когда наша пища во многом стала искусственной или обработанной, человечество наконец-то это заметило – мы вплотную столкнулись, например, с авитаминозами, о которых наши предки знать не знали.
Диетологи теперь говорят: «Есть белки полноценные и неполноценные». Неполноценные белки не содержат в правильной пропорции все 20 аминокислот, а полноценные – содержат. Полноценные имеют прежде всего животное происхождение. Приближаются к ним по качеству белки бобовых. А вот злаки уже существенно отстают: чтобы «набрать» достаточно каждой из аминокислот, их нужно съесть примерно в полтора раза больше.
А поскольку все хорошо в меру, избыток белков в пище также не полезен. При распаде излишка аминокислот выделяется много азотсодержащих отходов: аммиак, мочевина и мочевая кислота. Это, в свою очередь, очень вредит печени и почкам. Кстати, мясоедам тоже следует контролировать свою любовь к стейкам и шашлыку.
Зачем мы едим? Распознавание вкуса пищи
Питание позволяет решить две задачи: получить энергию и строительные материалы для синтеза новых клеток и для восстановления и ремонта уже имеющихся. Энергия – это прежде всего глюкоза. Поэтому в ходе эволюции возникли специальные чувствительные белки-рецепторы – настроенные на глюкозу и сходные с ней молекулы. Эти белки появляются уже у одноклеточных, например у инфузорий. У рыб они распределены по всей поверхности тела. У сухопутных позвоночных находятся в первую очередь на языке.
Сладкий вкус – это сигнал о том, что в пище есть глюкоза или похожие на нее вещества. А значит, есть энергия, и это хорошо.
В итоге наш мозг так врожденно сконфигурирован, что появление глюкозы в пище вызывает не только запуск пищевых рефлексов на уровне продолговатого мозга и моста, но и положительные эмоции на уровне гипоталамуса и базальных ганглиев.
Рис. 2.3. Уровни передачи вкусовой информации:
А – вкусовые рецепторы языка;
Б – вкусовые центры ствола головного мозга (продолговатый мозг и мост, таламус и гипоталамус);
В – вкусовой центр коры больших полушарий (островковая доля);
показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда)
Сигнал от вкусовых центров продолговатого мозга и моста поднимается в гипоталамус, таламус и далее – в островковую кору больших полушарий (рис. 2.3).
На рисунке показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда).
Выделяют четыре классических вкуса: кислый, сладкий, горький, соленый. Каждый из них говорит о том, что в пище есть какие-то полезные вещества или, наоборот, слишком много вредных.
Но четыре вкуса – это далеко не все, иначе шеф-поварам в ресторанах пришлось бы тяжко. Мы знаем о существовании других вариантов, в частности реакции на глутамат. Или, как говорят еще, на белковый вкус.
На самом деле про белковый вкус человечество знает уже больше века, но почему-то до сих пор этот факт часто преподносят как некую научную новинку.
Глутамат – основная часть молекулы глутаминовой кислоты, которая в числе 20 других аминокислот составляет белки. Именно глутамата больше всего в любом белке. Появление его вкуса в пище сигнализирует, что мы едим необходимые нам «строительные материалы». Белки у нас используются в основном для того, чтобы создавать и обновлять собственный организм. Получается, что глутамат – это хорошо.
Поэтому появление глутамата в пище тоже вызывает положительные эмоции, он нравится нам, мы ищем и предпочитаем такую еду.
Глутамат уже более 100 лет используют в качестве пищевой добавки. Почему-то он иногда называется «усилитель вкуса» и имеет спорную репутацию. Никакой он не усилитель, он сам по себе – источник мощного глутаматного (белкового) вкуса. Им богаты сыр, мясо, грибы. Много его в морской капусте, соевом соусе. Все эти продукты украшают нашу жизнь, делают блюда вкуснее. Глутамат можно просто купить в больших супермаркетах в чистом виде. Если посыпать им любую еду, она действительно станет для нас вкуснее. Например, сдобрили им вареную капусту – и уже вкус у нее такой, будто овощ сварили в мясном бульоне, а это приятно.
Когда кто-то нападает на применение глутамата, называет его очередной «белой смертью», он, как правило, сильно перегибает палку. Потому что глутаминовая кислота – это вещество, которое содержится в самых обычных белках. В сутки с обычной едой мы получаем 5–10 граммов глутамата. Поэтому если вы добавили в блюдо еще 2–3 грамма, никакого вреда от этого не будет. Но все-таки в больших количествах это вещество может вызывать проблемы, и, как и все прочее, оно хорошо в меру.
По иронии судьбы глутамат, глутаминовая кислота – одновременно главный возбуждающий нейромедиатор нашего мозга. Не меньше половины нейронов (а в коре больших полушарий, по некоторым оценкам, – до 60 %) передают сигналы за счет выделения в синапсах глутамата. Поэтому когда его определили как нейромедиатор, некоторые исследователи очень долго не могли и не хотели в это верить. Как может вещество, которое мы едим ежедневно в таких больших количествах, вдруг выполнять в мозге столь тончайшую и важнейшую функцию? Но оказалось, что это так.
Дальше – больше. Упомянутый гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) очень плохо пропускает эту аминокислоту. Получается, что тот глутамат, который мы съели, и тот, который в мозге, – это разные глутаматы. Химически это, конечно, одна и та же молекула, но проход через ГЭБ для пищевого «усилителя вкуса» обычно закрыт. Тем не менее, если вы одномоментно съели 5, а то и 10 граммов этого вещества, какие-то его количества в мозг все же проникнут и способны подействовать возбуждающе. Переедание обогащенной глутаматом пищи может привести к учащенному сердцебиению, повышению давления крови, всплескам эмоций.
Вывод: не надо переедать глутамат. Это явление диетологи и медики в свое время назвали «синдром китайского ресторана», поскольку в восточно-азиатских – японской, китайской – кухнях действительно используется много соевого соуса и других подобных приправ, серьезно обогащенных глутаматом. А если, например, у человека и без того гипертония, в такие рестораны ему нужно ходить с большой осторожностью. Но ведь так иногда хочется! Вкусно же. В том числе за счет этого вещества. С другой стороны, в строго контролируемых экспериментах эффекты пищевого глутамата, как правило, не обнаруживаются. Так что вопрос остается открытым, как и в случае других пищевых аминокислот, обладающих потенциальной нейротропной активностью, – лизина, триптофана, тирозина.
Горький вкус – зачем он вообще нужен? Когда мы ощущаем во рту что-то неприятное, то, как правило, сразу выплевываем эту гадкую еду. Откуда этот рефлекс? Оказывается, определенные клетки на языке, чувствительные к горькому вкусу (а их больше всего на корне языка, в самой глубинной части ротовой полости), реагируют на так называемые растительные алкалоиды. Горький вкус вызывают растительные токсины – молекулы, которые растения в ходе своей эволюции сформировали для защиты от животных, желающих ими полакомиться. Это, по сути, яды разной степени тяжести. Какой-нибудь куст защищается токсинами от коровы. А корове нужно эти токсины различать, чтобы не отравиться. Поэтому и появились рецепторы горького вкуса – у человека их 43 типа, и они реагируют на появление токсинов. И они же, соответственно, останавливают жевание, глотание и заставляют нас выплевывать еду, если у нее неприятный горький вкус. «Плюнь бяку!» – говорят они нам. Конечно, чуть-чуть горечи порой украшает вкус блюда, делает его более интересным, разнообразным. Например, многие любят кофе без сахара или горький тоник. Но избыток такого вкуса никто не выдержит, это будет очень сильный «удар» по центрам отрицательных эмоций. Кто не пробовал – может сорвать листик алоэ и пожевать его хотя бы 5 секунд. Гарантирую, что этот опыт вы запомните на всю оставшуюся жизнь, потому что такая сильная горечь действительно впечатляет.
…Итак, если вы уже оклемались после дегустации алоэ, продолжим говорить о вкусах.
Еще один ключевой вкус – это NaCl. Привычная нам соль.
Концентрация поваренной соли в крови – очень важный показатель. Натрий нужен для нормальной работы сердца и нервных клеток.
Судя по всему, наши предки, тропические обезьяны, жили в условиях постоянного дефицита натрия. Калия, еще одного важнейшего минерального элемента, в растительной пище много, и его недостатка не возникает. Натрия же в «изначальной» еде человечества было маловато, а организму он нужен. Поэтому частью вкусовой системы стали рецепторы, реагирующие на соленое и позволяющие эффективно находить вожделенные источники натрия. В итоге слегка подсоленная еда для нас приятнее, чем вовсе не соленая.
Конечно, избыток NaCl нарушает обменные процессы, и поэтому пересол – плохо. Но в меру соленая пища – хорошо. Называть NaCl «белой смертью» – явное преувеличение, ведь в сутки для нормальной работы организма нам нужно 5–7 граммов поваренной соли.
Еще, конечно, нам нужна вода. Не так давно обнаружили, что у нас на языке есть специальные водяные – аквапориновые — рецепторы. Оказалось, что это молекулы, которые родственны молекулам, работающим у нас в почках и помогающим формировать мочу. Эта система водного обмена связана и с языком, и с ощущением того, что мы, собственно, пьем воду.
Главным «управляющим» этого процесса также является гипоталамус. В средней его зоне рядом с центрами голода и пищевого насыщения находится центр жажды, который постоянно измеряет концентрацию NaCl в крови.
Если для глюкозы идеал – это 0,1 %, то для NaCl – 0,7–0,8 %. Соответственно, если соли становится очень много, мы ощущаем жажду – надо попить воды. А если ее слишком мало, то нам хочется съесть чего-нибудь солененького. Вкусовые предпочтения меняются в зависимости от обстоятельств. Сигналы из гипоталамуса (в форме гормона вазопрессина) уходят к почкам, которые меняют концентрацию мочи, для того чтобы стабилизировать содержание NaCl в организме.
Одно из последних открытий в области физиологии вкуса – обнаружение рецепторов жирного. Да, оказывается, есть и такие. Их нашли сначала у белой крысы, а в 2015 году – у человека. Жирная пища для нас вкуснее, чем нежирная, к печали всех диетологов. Так уж сложилось. И еще раз подчеркнем: жиры – это не только калории, но и важнейшие строительные материалы для мембран наших клеток.
Целостное восприятие вкуса
На нашем языке есть специальные небольшие возвышения, которые называются вкусовыми сосочками. Вы наверняка помните это из школьного курса биологии. В состав сосочков входят вкусовые почки – скопления клеток, чувствительных к разным типам вкуса. Помимо горького, кислого, соленого, сладкого, мы знаем о существовании белкового вкуса, а также о реакции на воду и жиры.
Сигнал от языка, от ротовой полости передается сначала в продолговатый мозг и мост. Здесь находятся центры, связанные с врожденным восприятием вкуса и запуском реакций жевания, глотания, слюноотделения, выплевывания. После продолговатого мозга и моста вкусовая чувствительность через таламус – главный информационный фильтр головного мозга – передается в кору больших полушарий. Центры вкуса находятся у нас в островковой доле. Там на дне боковой борозды расположены нейроны, воспринимающие вкусовые раздражители (см. рис. 2.3, В).
Но то, что мы называем целостным восприятием вкуса, на самом деле не только вкусовые сигналы. Сюда же нужно добавить обонятельную информацию и кожную чувствительность. В конце концов, запах еды и ее консистенция тоже очень важны. Кто-то не переносит того, как пахнет баранина, а кому-то тяжело выпить кисель, потому что «он похож на сопли». Во время насморка всякая пища становится для нас практически безвкусной. Мы едва ли сможем быстро съесть слишком горячий суп. А про манную кашу с комочками, ненавидимую многими с детства, думаю, и говорить не стоит.
Целостное вкусовое восприятие – это соединение трех потоков сигналов: собственно вкуса, запаха и кожной чувствительности.
К этому добавляется целый ряд ощущений, которые мы традиционно считаем вкусовыми, но на самом деле они – кожные. Это наше восприятие пряностей и ментола. То, что мы чувствуем от перца, горчицы, корицы, ванили, ментолового холодка, – относится к тому, что мы осязаем кожей. Это легко проверить. Например, перцовый пластырь или горчичник, приклеенный на спину, тоже будто жжется, хоть и не так сильно, как на языке. Бывают шампуни – нанесешь такой на голову, и коже становится холодно – там много ментола.
Важнейшую роль в процессах вкусовой чувствительности, как уже неоднократно упоминалось, играет гипоталамус. Особенно когда мы говорим о потребностях и эмоциях, о пище как источнике радости и удовольствия. Ведь наверняка все согласятся с тем, что еда для нас – не просто «поел и пошел», но зачастую позитивные и даже прекрасные переживания, а еще культура и эстетика.
Так вот. В гипоталамус поступает сигнал о том, что мы прямо сейчас жуем и глотаем хорошую, очень хорошую еду. В результате генерируются положительные сигналы, позитивный эмоциональный фон. И он направляет, подталкивает кору больших полушарий запоминать, что мы сделали, чтобы так удачно поесть. Название ресторана, рецепт блюда, превосходно подобранный соус или напиток. И наоборот: у нас возникает отрицательная эмоция, если мы съели что-то не то, особенно если потом всю ночь провели в санузле, а то и попали на больничную койку. Тогда кора больших полушарий «мотает на ус», чего в дальнейшем делать не стоит и какой продукт лучше не есть. В каком кафе мы отравились и что все-таки не стоит экспериментировать со «слегка просроченными» морепродуктами.
Память об отравлениях у нас крайне прочная. Вы могли в два-три года чем-то отравиться и уже давно об этом забыли, и даже ваши родители не помнят о том случае. А вот ваш гипоталамус и кора больших полушарий помнят. И вам почему-то до сих пор не нравится, например, рыба, помидоры или еще что-то. Так что если вы не любите определенный тип пищи, то это часто бессознательная (подсознательная) память о детских отравлениях. Либо это какая-то (скорее всего, уже бывшая) пищевая аллергия, когда ваша иммунная система на те же помидоры или рыбу реагировала как на вторжение инфекционных агентов и возникало воспаление. Диатез у детей, который порой приобретает катастрофические формы, связан именно с этим.
Встречаются и более тяжелые варианты пищевой патологии, например целиакия (непереносимость белка глютена), но это специальная тема.
Пища как источник положительных эмоций
Пища – это самый надежный источник положительных эмоций. И они настолько приятны, что мы порой предпочитаем их всем остальным.
Добрая порция нашей любимой еды гарантированно вызовет у нас положительные эмоции, и это замечательно! Несмотря на все жизненные трудности, бутерброд нас выручит всегда. В числе прочего это крайне важно с точки зрения глобального баланса между центрами положительных и отрицательных эмоций.
Иными словами, у нас в гипоталамусе и базальных ганглиях находятся нейроны, которые генерируют позитивные эмоции по самым разным поводам. Когда мы хорошо поели, или когда избежали какой-то опасности, или узнали что-то новое, или нас поцеловал любимый человек. В этих случаях почти всегда задействуются одни и те же нейроны.
Также существуют нейроны, которые работают как генераторы негативных эмоций. Нормальная деятельность мозга – это постоянный баланс между центрами положительных и отрицательных впечатлений. Потому что если будет слишком много негатива, возникает депрессивное состояние, жизнь не радует и теряет краски. Но избыток позитива – это тоже нехорошо: существо, пребывающее в эйфории, весело бегающее где попало и не обращающее внимания на опасности, тоже долго не проживет. Должно быть какое-то оптимальное равновесие. Положительные эмоции от еды вносят очень серьезный вклад в этот баланс.
Если человек плохо ест – недоедает из-за каких-то убеждений, сидит на диете и ему категорически невкусно, то этот баланс может нарушаться с перевесом в негатив, и тут недалеко до депрессии. Поэтому, пожалуйста, будьте аккуратнее с экспериментами в области питания и рациона.
Проблема депрессии – всеобщая и глобальная. Из всех вариантов нарушений деятельности психики именно депрессия наблюдается чаще всего. Главная ее опасность в том, что человек может дойти до суицида – состояния, когда жизнь кажется такой отвратительной, что проще ее прекратить. Конечно, на проявление депрессивных состояний влияет много факторов, но смещение баланса в сторону центра отрицательных эмоций очень этому способствует. Поэтому следите за питанием и берегите себя.
Некоторые люди решают проблему депрессии просто: идут к холодильнику и начинают есть. Можно, конечно, пойти к психотерапевту, можно принимать антидепрессанты, а можно много и вкусно есть. Но в этом случае, конечно, надо следить за весом.
Но как быть, если похудеть-то все же хочется? По большому счету, различные диеты и рекомендации, такие как не есть после шести вечера, или есть сегодня только зеленое, а завтра – только оранжевое, или какие-нибудь еще – они все разработаны для того, чтобы человек просто ел меньше.
Балерина Майя Плисецкая в свое время на вопрос, как ей удается сохранять стройную фигуру, ответила: «Сижу не жрамши». И это самая простая и понятная диета! Нужно меньше есть. Все ухищрения, которые предлагают диетологи, связаны с тем, чтобы употребить за единицу времени меньше калорий.
А конечный результат – похудеете вы или нет – будет зависеть от двух очень простых вещей: сколько энергии вы ввели в организм и сколько потратили.
Даже если вы, как зайчик, будете питаться только капустой и морковкой, но при этом проводить все свои дни в удобном кресле, все равно с высокой вероятностью будете толстеть и накапливать жир.
Несколько лет назад я был в гостях у своих друзей во Флориде. Мы ездили на реку, где зимуют ламантины. Они похожи на тюленей, но тюлени – хищники, а это травоядные млекопитающие, морские коровы. Ламантины едят только траву и при этом очень медленно двигаются – эдакие большие жирненькие увальни. Они похожи на огромные кожаные диваны длиной до 6 метров. Главный вывод, который я вынес из наблюдения за ламантинами: даже если живое существо ест одну капусту, но мало двигается, оно все равно растолстеет. Поэтому человеку надо вставать со своего кресла: движение – жизнь!
Работу центра голода, а заодно и баланс положительных и отрицательных эмоций, помимо прочих, регулируют молекулы кофеина и никотина. После чашки кофе и выкуренной сигареты есть почти не хочется, потому что содержащиеся в них вещества снижают аппетит. С этой точки зрения курение более коварно: у нас на центрах голода есть чувствительные молекулы, которые реагируют на никотин. После того как человек бросил вредную привычку дымить и, соответственно, вводить в организм никотин, практически неизбежен набор веса – центры голода становятся более активированными. В итоге в среднем можно прибавить 3–4 кг, ведь раньше сигареты подавляли аппетит, а теперь его ничто не сдерживает. Плюс так и тянет при каждой мысли о сигарете «заесть» эту тоску чем-то вкусненьким. Но это, конечно, не повод отказываться от того, чтобы исключить табак из своей жизни.
Ограничение питания – путь к депрессии?
В тяжелых случаях при депрессиях используют медикаментозное лечение – антидепрессанты, которые тормозят центры негативных эмоций и возбуждают центры, генерирующие позитивные переживания. В этих центрах в качестве нейромедиаторов работают серотонин, норадреналин, дофамин — таблетки активируют эти системы. Но оказалось, что эти препараты заодно еще и подавляют активность центра голода.
Действительно, легкие антидепрессанты способствуют похудению. При их приеме некоторым становится проще переносить ощущение голода и постоянной пустоты в желудке. Но такие лекарства отпускаются строго по рецептам. И это хорошо, потому что вещества с антидепрессантным действием – это серьезные препараты, которые основательно влияют на мозг. Так что если у вас сейчас возникла светлая мысль сходить в аптеку и начать худеть подобным образом – отбросьте ее. Вмешиваться в работу мозга нужно только при веских причинах и под наблюдением специалиста. Иначе такого можно наворотить…
Но ситуацию с антидепрессантами можно перевернуть с ног на голову, и тогда мы получим обратное: ограничения в еде могут привести к депрессивным состояниям.
Для нас еда является настолько важным компонентом жизни и надежным источником положительных эмоций, что попытки ограничить питание – реальный путь к депрессии.
Именно поэтому манипуляции с пищей используются в экспериментах на животных для моделирования депрессии. Это необходимо, чтобы находить и разрабатывать более эффективные лекарственные препараты. Перед тем как антидепрессанты пойдут в клинику, они испытываются на экспериментальных животных, это обязательное условие.
Создать депрессию за счет различных манипуляций с питанием несложно. Например, лабораторным крысам вначале дается много сладкой и жирной еды. Больше половины из них при свободном доступе к такой пище «срываются», начинают есть ее с избытком и толстеют. И теперь, если лишить животных этой еды, у них начнется реальная депрессия.
Как можно обнаружить это состояние? Крыса же не скажет: «Что-то мне жизнь не мила». Существуют стандартные поведенческие тесты. Один из них – так называемое принудительное плавание, когда животное помещают в емкость с водой и дальше смотрят, как оно себя ведет. Нормальная бодрая крыса с «активной жизненной позицией» будет резво перебирать лапками и пытаться выбраться. Депрессивная же особь вяло повиснет на воде: «Жизнь не удалась… Хоть топите…». Она, конечно, не тонет, потому что крысы сами по себе легкие существа, но явных попыток выбраться из емкости не происходит. И мы понимаем: у нее депрессия. Если антидепрессант, который разрабатывают ученые, действует, то вялые, подавленные крысы, которым его дали, начнут-таки оптимистично плавать, и к ним вернется «активная жизненная позиция».
Самый главный нейромедиатор, который отвечает за положительные эмоции, – это дофамин. На дофаминовых нейронах сходятся самые разные виды удовольствия: от еды, чувства безопасности, от новизны и контакта с противоположным полом, от того, что вы погладили милого щеночка. Эти нейроны собирают все подобные сигналы, и если их синапсы работают неправильно, возникают проблемы. Избыточная активность дофаминовой системы в коре больших полушарий, это, например, предпосылка для шизофрении.
Если же дофаминовая система врожденно (из-за индивидуальных генетических особенностей) работает плохо, то мозг не добирает положительных эмоций. Такие люди склонны к депрессии, к тому, чтобы объедаться и набирать лишний вес. Они же более подвержены алкоголизму, наркомании, игромании и другим типам зависимостей.
Когда в мозге нарушен правильный баланс между положительными и отрицательными эмоциями, люди, сами того не осознавая, пытаются восстановить его за счет того, что больше едят, или постоянно играют в компьютерные игры, или употребляют наркотики. Их все сильнее затягивает в зависимость, и в конце концов справиться с ней самостоятельно они уже не могут, поскольку оказались на дофаминовом «крючке».
Когда человек попадает в серьезную наркотическую зависимость и ощущает мощное удовольствие от приема веществ, он часто вообще забывает о еде. Так, все героино- и морфинозависимые пациенты худые, истощенные, и у них много проблем с кишечником. Наркотик затмевает собой все, даже такую базовую биологическую потребность, как поесть.
Выученное пищевое поведение
Когда мы едим что-нибудь сладкое, слегка подсоленное или белковое, в гипоталамусе по врожденно заданным механизмам возникают положительные эмоции. Дальше эти сигналы об удовольствии за счет выделения, прежде всего, дофамина поднимаются в кору больших полушарий. На этом фоне те нейроны коры, которые обеспечили правильное пищевое поведение, прочнее запоминают только что реализованные программы. Мозг сохраняет информацию о том, каким образом он получил вкусный кусочек пищи. Например, в магазине у дома появилась новинка – ну очень вкусное пирожное. Надо брать еще.
От исходного поведения, основанного на каких-то врожденных нейронных дугах, мы постепенно переходим к выученному пищевому поведению – запоминаем, как добывать еду. Этот процесс можно наблюдать у ребенка с ранних дней жизни.
Один из первых навыков, формирующихся у младенца, – поиск источника молока, когда его еще только подносят к груди. Очень быстро сосательный рефлекс возникает не на прикосновение к губам, а чуть раньше – даже когда его просто взяли на руки. Потому что мозг новорожденного уже в возрасте двух недель в курсе: «Сейчас будут кормить». Позже ребенок выясняет, как выглядят бутылочка с молоком и каша, и то, что кашу едят ложкой, и как управлять этой самой ложкой, чтобы поесть, а не обляпаться, и т. д.
В какой-то момент мы узнаем, как выглядят популярные бренды и логотипы еды. Например, связанные с фастфудом. Одна студентка мне как-то рассказывала: «Я себя поймала на пищевом условном рефлексе, как павловскую собаку. Внезапно застала свой мозг за следующим занятием: стою посреди улицы, мои глаза смотрят на яркую вывеску, а во рту – слюна». Если любите гамбургеры и картошку фри – наверное, и вы сейчас облизнулись.
Даже если центры мышления заняты чем-то возвышенным, в это время другие отделы мозга не дремлют и так и норовят запустить пищевое поведение. Вы вообще можете прийти в себя только в тот момент, когда уже стоите на кассе и оплачиваете этот самый гамбургер. Или успели, словно во сне, соорудить себе бутерброд.
Возьмем для примера обучения успешному пищевому поведению виноградную улитку, которая учится находить пищу. Молодой моллюск вначале пользуется только врожденными программами. Он просто ползет туда-сюда и все тянет в рот – пробует. И если у какой-то ягодки или листика хороший вкус и запах, то улитка их ест. В результате ее нейросети формируют ассоциацию между запахом и вкусом пищи. Опытная, немало пожившая особь, почуяв вкусняшку, из этой точки пространства уже не уползет, будет целенаправленно искать пищу и, скорее всего, найдет ее.
Вот зачем нужно учиться: какие-то сигналы, которые раньше не запускали поведение, теперь это делают. Эти сигналы мозг запоминает на фоне положительных эмоций.
Примерно так же ведет себя и маленький ребенок. Все, кому приходилось иметь дело с младенцами, видели, что когда они ползают, все тащат себе в рот: игрушку, мамину тапку, кошачий корм. Идет постоянная «дегустация» окружающего мира и поиск возможной пищи. И в тот момент, когда вкусовые рецепторы говорят: «О, сладенькое!» или «О, белковое!» – начинается поедание. В этот момент к врожденным пищевым программам присоединяется обучение. Ведь любая еда – это не только вкус, но запах и внешний вид (зрительные сигналы). Иногда даже звуковые сигналы (например, слова: «молоко», «каша»). Все это запоминается и оказывается очень полезным для более успешной реализации пищевого поведения и удовлетворения пищевой потребности. Но отпуская младенца в «свободное ползание», кошачью миску с пола все-таки лучше убрать.
Реклама еды. Формирование условных рефлексов
Когда маркетологи пытаются сделать так, чтобы потребители выбирали и покупали ту или иную еду, они, по сути, формируют у нас условные рефлексы. Да-да, как у той самой собаки академика Павлова. Соответственно, основная задача рекламы – создать положительные эмоции. Самый простой способ пиара пищевой продукции – просто показать довольного жующего человека и то, что он ест. Мы видим, что ему вкусно, включаются в работу наши зеркальные нейроны, активируется подражание. Когда по ходу видеоролика персонаж с наслаждением кусает, жует, хрустит чем-то съедобным, со стороны это выглядит классно, и у зрителя течет слюна. Значит, сюжет запомнится.
Более эффективный и изящный вариант маркетинга – когда к процессу удовлетворения пищевой потребности добавляют какую-нибудь еще программу. Например, в случае конфет с названием «Ну-ка, отними!» к удовольствию от кондитерского изделия добавлена оборонительная реакция. На фантике показано, как девочка защищает свои вкусные конфеты, свое сокровище, не делится с собакой. И нам это сразу же «надо». Покупатель понимает, что картинка означает: «Конфеты такие вкусные, что я их не отдам даже этому милому песику».
Дополнительный эмоциональный всплеск вызывает запоминание образа продукта и, соответственно, повышает вероятность его покупки.
Так что не всегда потребности конкурируют друг с другом – можно сделать так, чтобы одна программа помогала другой. Самые «продвинутые» маркетинговые ходы объединяют разные потребности, и те, которые помельче, работают на некую главную программу. Классика усиления любой рекламы – это новизна. Например, когда нам не просто показывают прекрасный и свежий йогурт, а говорят: «новый йогурт», «новый вкус». Получается, что исследовательское поведение в данном случае не будет конкурировать с пищевым, а, наоборот, вольет в него дополнительную энергию. А если поедание нового йогурта идет в кругу счастливой семьи, тут положительных эмоций оказывается еще больше… И все это для того, чтобы, как писал И. П. Павлов, «исходно незначимый стимул стал значимым». Так что мы можем, конечно, считать себя сколь угодно умными и неподдающимися манипуляциям, но маркетинг способен всех нас превратить в «собачек с приобретенными рефлексами». Впрочем, по этому же принципу идет множество других процессов обучения. И если не хотите усваивать какие-то навыки или убеждения – тут вам в помощь процессы самоконтроля и осознанности, о которых мы еще поговорим.
Еда как объект искусства и прогресса
За тысячелетия развития цивилизации мы трансформировали скучный прием пищи только ради получения энергии в явление, отвечающее нашим эстетическим, социальным и культурным запросам. Любая потребность, в том числе пищевая, может быть основой для вдохновения художников, поэтов, писателей. И стать объектом искусства.
Александр Сергеевич Пушкин, как известно, весьма любил поесть и хорошо разбирался в кулинарии. В «Евгении Онегине», например, воспеваются трюфели как «роскошь юных лет». Или в «Письме Соболевскому» он советует другу:
У Гальяни иль Кольони
Закажи себе в Твери
С пармазаном макарони,
Да яичницу свари…
Так, на картинах Франса Снейдерса, фламандского живописца, мастера натюрмортов и анималистических композиций, все настолько правдоподобно написано, что зоологи приходят в восторг от его произведений.
Они смотрят, например, на картину «Рыбная лавка» и делают вывод: «Вот какие тюлени водились у берегов Европы в XVII веке». Столь точно этот и другие художники отображали действительность, что генетики используют картины для сопоставления с современными, уже изрядно мутировавшими или измененными селекцией цветами, канарейками или породами собак.
Английский рекламный фотограф Карл Уорнер создал новый жанр фотоискусства под названием «Фудскейп». Он составляет необычные пейзажи из продуктов: берет большой стол и выкладывает на него слои всяческой снеди, создавая композиции. Дальше находит уникальную точку и снимает, например, морской пейзаж. Филе лосося, окунь, сельдь, макрель, устрицы и мидии, омары и моллюски, морская капуста и овощи служат материалом для создания картины. Выглядит впечатляюще! Кстати, основная цель творчества Карла Уорнера – пропаганда здорового питания.
Не так давно появилось еще одно интересное направление, которое называется «молекулярная кулинария». Желающим предлагают стать исследователями в мире продуктов. Обыкновенная пища обрабатывается с помощью методов биохимии и молекулярной биологии. При этом продукты экстрагируют, выпаривают, замораживают, поливают жидким азотом и получают что-то совершенно невообразимое, но съедобное. Дорого, интересно и радует нашу вкусовую систему.
Еще одна новинка, которая очевидно набирает популярность, – пищевые 3D-принтеры, печатающие то, что захотел или придумал заказчик. Только вместо пластика или полимерных смол в них заряжены ингредиенты, из которых вы хотите «создать» свое пирожное или бифштекс. Недавно одному испанскому стартапу даже удалось напечатать стейк из растительного сырья, который «устроит даже заядлых мясоедов». Не вызывает сомнений, что по части еды нас ждет очень интересное и необычное будущее!
Остерегайтесь переедания
Еда – это прекрасно, но у нашего пищевого поведения есть и «темная сторона» – обжорство и чревоугодие. В произведениях Иеронима Босха чревоугодие показано как один из смертных грехов. Данте Алигьери поместил обжор в третий круг ада в своей «Божественной комедии». Из этого следует очевидный вывод: в питании надо опасаться крайностей. Чревоугодие – это приятно, но в пороки его записали неспроста.
Пустой желудок – это тот хлыст, который подстегивает нас, не давая сидеть на месте. Если голод не ощущается, то и не поймешь, что пора искать еду. Голод – базовая потребность, и она досталась нам в наследие с незапамятных времен, когда нужно было бороться буквально за каждую калорию. Соответственно, у нас нет какой-то явной ограничивающей питание физиологической системы. В наличии, скорее, система текущего контроля: как не съесть что-нибудь ненужное и вредное. Тут работает вкусовой анализатор, ему на помощь приходят центры положительных эмоций, которые учат нас все более эффективно получать пищу. Пока мы дети, нам помогают родители, позже уже самим приходится добывать «хлеб насущный». А затем – не только для себя, но и для собственных отпрысков. По мере взросления мы должны становиться все более искусными добытчиками пропитания, а это возможно только при обучении. Обучение же эффективно, если присутствуют положительные эмоции.
В современном мире, когда не нужно с риском для жизни добывать мамонта и еда есть в доступе в достаточном и даже избыточном количестве на любой кошелек (в экономически развитых странах), мы попадаем в плен к положительным эмоциям и начинаем переедать.
Во-первых, просто потому, что это вкусно, – удовольствие гарантировано. «А не заказать ли вечерком роллов?» – думаем мы, и вот уже наше настроение поднимается, хотя мы даже не начали есть.
Во-вторых, при стрессе или депрессии переедание естественным образом используется для компенсации негативных эмоций. Отругал начальник – заешь тортиком, поругался с тещей – пара бутербродов с колбасой успокоит нервы.
В итоге за собственным питанием нужен глаз да глаз, иначе еда начнет управлять нами. Ей только дай волю. Если у вас проблемы с весом, то обязательно надо следить за потребляемыми калориями – это вопрос вашего здоровья (в том числе, например, диабета второго типа или отложения холестерина в стенках сосудов).
Пока что нет таблетки, которая волшебным образом взяла бы и выключила центр голода. И если кто-то такую таблетку вам предлагает, то она, скорее всего, обладает наркотикоподобным действием, влияет на дофаминовую или никотиновую системы и вызывает привыкание, зависимость. Ну или просто является пустышкой и средством выкачивания денег.
Просто так переложить заботу о нашем весе на фармакологов или «добрых волшебников» не получится. И борьба как за калории, так и против них остается ежедневной задачей каждого человека. Заботьтесь о себе!
Глава 3. Мозг и любопытство
Что такое любопытство?
Любопытство – одна из самых главных программ, вставленных в человеческий мозг. Мы действительно очень любознательны, и для нашего мозга новая информация – это отдельный источник «кайфа». Разберем, в каких формах проявляется любопытство и какие нервные структуры при этом работают.
Любопытство – потребность в новой информации плюс проявление этой потребности на поведенческом уровне.
Как любое поведение, реакции, связанные с любознательностью и сбором новой информации, могут протекать в форме рефлекторного ответа на внешние стимулы либо запускаться изнутри организма. Во втором случае мы говорим о явном проявлении потребности.
С рефлексами (реакциями на стимулы) все просто, это самый легко изучаемый тип поведения. Когда появился стимул, например кто-то крикнул или чихнул, мы поворачиваем голову, чтобы посмотреть, кто это там шумит. Или, почувствовав чье-то прикосновение в водоеме, вскрикиваем и спешим выбраться на берег – мало ли что там плавает. Во врожденных рефлекторных дугах нейроны, отвечающие за подобные действия, соединены по неким генетически заданным принципам. Сборка таких цепочек нервных клеток кодируется на уровне ДНК, никакого особого обучения не нужно.
Более сложная и эволюционно продвинутая ситуация – когда поведение запускается изнутри мозга. Именно в этом случае мы говорим о нарастании потребности. Она способна вызвать реакцию, в том числе поиск новой информации, даже при отсутствии внешних стимулов.
Потребность в новизне может возникать, когда мозгу вздумалось вдруг обычным вечером в среду, что ему не хватает информации для удовлетворения пищевой или, например, половой потребности. Вот тогда поиск новых сведений, сигналов и – шире – новых возможностей будет предварительным этапом для удовлетворения нужд, связанных с выживанием, размножением, питанием и т. п. Человек закопается в интернете, читая статьи до тех пор, пока мозг не решит, что теперь он достаточно подкован, допустим, в вопросах засолки овощей на зиму. Получается, что в нервной системе возникает некое внутреннее состояние, которое и запускает поведение, направленное на поиск свежих стимулов. Такое поведение мы называем проявлением любопытства.
Потребности часто конкурируют, поскольку поведение в каждый момент времени целесообразнее направлять на удовлетворение одной из них.
Скажем, любопытно, но страшно проверять, кто там ночью шуршит в кустах под окнами. Или любопытно, но лень идти на кухню, чтобы посмотреть, чем там гремит кот. Реже две потребности работают в одном направлении, например в выборе новой еды или нового партнера для размножения (эффект Кулиджа[3]). Если вспомнить классификацию потребностей по А. Маслоу, то нужда в знании, понимании и исследовании находится на самой ее вершине. Это то, что Маслоу назвал духовными потребностями личности, что, конечно, очень лестно для поведения, связанного с любопытством. Но надо учитывать, что многие реакции, направленные на сбор новой информации, появляются в эволюции очень рано.
Напомню, что по классификации академика П. В. Симонова потребности делятся на три группы: витальные, зоосоциальные и потребности саморазвития. Каждая из них базируется на деятельности определенных мозговых центров. Пищевое поведение, о котором мы уже говорили, относится к витальным программам – «вопросам жизни и смерти» – и вполне буквально.
Исследовательские программы, когда сбор новой информации производится как бы впрок, явно направлены в будущее. От знания, как закатать овощи на зиму, не зависит наша жизнь (по крайней мере, здесь и сейчас). П. В. Симонов отнес любопытство к потребностям саморазвития.
Например, когда ребенок впервые видит лягушку, он проявляет недюжинное любопытство. Для него это существо – не пищевой объект, и он ее, как правило, не боится, но зато как ему интересно! Наблюдать, пытаться взять в руки, подражать ее прыганию.
В случае программ саморазвития мозг реализует реакции как бы наперед, и биологический смысл любопытства состоит в формировании точной картины мира, более успешном прогнозировании событий и, благодаря этому, в реализации более адаптированного к внешней среде поведения. Если ребенок вместо лягушки будет приставать, например, к коту и потянет его за хвост – тот ожидаемо зашипит-зарычит. А ребенок поймет, что тиранить котофея – опасное занятие.
Исследовательское поведение – очень яркий пример программ саморазвития. Действительно, в тот момент, когда мы собираем новую информацию, мы еще не знаем, пригодится ли она нам и в каких случаях. Быть может, она и вовсе бесполезна. Но сам по себе сбор неизвестных прежде сведений – это хорошо, интересно и важно, и в процессе мы испытываем положительные эмоции. Это происходит с вами прямо сейчас, когда вы читаете данную книгу. Биологически чем больше знаний об окружающем мире имеет мозг, тем адекватнее и точнее его поведение. Поэтому различные программы, связанные со сбором новой информации, появляются в эволюции очень рано и со временем лишь усложняются вплоть до самых «возвышенных» вариантов, которые свойственны только человеческому мозгу.
Типы исследовательского поведения
Программы, связанные с любопытством у животных, можно разделить на три уровня.
• Первый уровень (самый древний) обеспечивает ориентировочный рефлекс. Это врожденная программа, которую описал еще И. П. Павлов и назвал рефлексом «Что такое?». Это любопытство в его самой простой форме. Например, заслышав шаги в отдалении, собака навострит уши: «Кто там? Свои? Чужие? Где?». Нейронные сети, обеспечивающие ориентировочный рефлекс, находятся в среднем мозге.
• Второй уровень — поисковое поведение. Это активные действия в условиях неопределенности, когда организм исследует новую территорию, для того чтобы решить какую-нибудь проблему. Например, в аудиторию заходит опоздавший студент и ищет, где можно сесть. Его поведение подчиняется программам любопытства: он вертит головой, смотрит во все стороны и, найдя наконец свободный стул, направляется прямо туда. Это типичный вариант реакции, связанной с перемещением в пространстве. Для реализации поискового поведения нужно идти, бежать, плыть, двигаться на плоскости или в трех измерениях. Со стороны тела происходят сгибания рук и ног. Это – база поискового поведения. Структура, которая их запускает, называется субталамус. Находится она в задней части промежуточного мозга, на границе таламуса и гипоталамуса.
• Третий уровень – это манипуляции с предметами. Слово «манипуляция» происходит от латинского manus – «рука». В данном случае это не имеет ничего общего с тем, чтобы какими-то ухищрениями заставить другого человека что-то делать. Здесь мы манипулируем чисто механически – когда наши пальцы работают и мы хотим посмотреть, что находится внутри некоего объекта, раскрутить, «раздербанить» незнакомый или знакомый предмет. Например, разбираем на детали сломавшийся пылесос, искренне надеясь найти причину поломки. Такого рода программы характерны для линии эволюции обезьян (приматов). За манипуляции с предметами отвечает кора больших полушарий, а точнее двигательная кора, расположенная в задней части лобной доли.
Центры исследовательских реакций в мозге человека
Для того чтобы запускалось исследовательское поведение, направленное на сбор новой информации, нужно, чтобы сам мозг заметил факт новизны: «О, с этим мы еще не сталкивались!». Отдельные нейроны, их группы, нейронные комплексы работают на то, чтобы сравнивать уже имеющиеся сведения с поступающими. И если в этой свежей информации есть что-то необычное, что нашему организму раньше не встречалось, тогда срабатывают разные варианты исследовательского поведения.
Чтобы реализовался ориентировочный рефлекс «Что такое?», анализ сенсорной, поступающей от органов чувств информации ведет верхняя часть среднего мозга – четверохолмие.
Для запуска поискового поведения и сбора информации «в новом месте» очень важна старая кора, прежде всего гиппокамп.
Результаты манипуляции с предметами оценивает поясная извилина – область новой коры больших полушарий, которая относится к лимбической доле и находится на внутренней поверхности полушарий над мозолистым телом.
Поясная извилина крайне важна для оценки результатов любого поведения, а также для генерации эмоций, связанных с успехом или неудачей поведения, провалена «миссия» или нет.
В конце главы мы обсудим те проявления любопытства, которые характерны только для человека и связаны с речевой сферой. Ведь наш мозг так устроен, что положительные эмоции нам приносят не только манипуляции с предметами, но и «манипуляции» со словами – от частушек, шуток и каламбуров до высших проявлений творчества – поэм, сонетов и великих романов.
Ориентировочный рефлекс
Посмотрите на рисунок среднего мозга в поперечном срезе (рис. 3.1, вверху). В его верхней части расположены холмики четверохолмия (1), которые являются древними зрительными и слуховыми центрами. Сюда непрерывно приходят сигналы от сетчатки и внутреннего уха, и нейроны четверохолмия сравнивают поток внешней информации, в котором мы находимся сейчас, с тем, который был, например, 0,2–0,3 секунды назад. Если что-то изменилось в окружающем мире, запуска
Скачать книгу
© Дубынин В. А., текст, 2024
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024
* * *
Введение
Добрый день, дорогой и уважаемый читатель!
Эта книга – своеобразный концентрат многолетнего научного и преподавательского опыта автора как исследователя нервной системы, центральной и периферической, головного и спинного мозга, их строения и функций.
Деятельность мозга – совершенно необъятная и бесконечно интересная область. Как работают зрение и слух, центры сна, внимания, двигательного контроля? Что лежит в основе обучения и памяти? Как мы мыслим и принимаем решения? Какие функции выполняют конкретные гены, гормоны, нейромедиаторы, группы нервных клеток?
Вопросов – миллионы, и многие из них касаются наших потребностей, мотиваций, эмоций. Именно эта сфера активности мозга является самой глубинной основой поведения человека. За каждой реакцией – от простейшего рефлекса до сложных совокупностей действий – мы можем обнаружить решение определенной задачи, выполнение определенной программы. Еда, безопасность, размножение, новая информация, стремление лидировать, подражать, защищать территорию, преодолевать препятствия, заботиться о «своих» – вот только некоторые из таких программ. Мы не всегда способны дать им четкую характеристику (поэтому потребности часто относят к «бессознательному»), но без них – никак. Потребность создает мотивацию, мотивация запускает поведение, поведение приносит результат – в том числе положительные и отрицательные эмоции. На основе эмоций мы учимся, копим индивидуальный опыт навыков, позволяющих удовлетворять потребности. Вот оно, «колесо жизни».
Наибольшее значение имеют «биологические» потребности, они инсталлированы эволюцией в любую сложную нервную систему. Их набор видоспецифичен – то есть одинаков у всех Homo sapiens, у всех амурских тигров, белых крыс, медоносных пчел. В философии, психологии, физиологии мы можем обнаружить списки таких основополагающих потребностей и варианты их классификации. Автор этой книги, будучи нейробиологом, использует подход, предложенный выдающимся исследователем мозга академиком Павлом Васильевичем Симоновым. Жизненно необходимые потребности, взаимодействие с другими особями своего вида, игра, исследование мира, подражание, эмпатия – все это подлежит объективному научному изучению. В отношении каждой из таких программ мы стремимся узнать:
• какие области мозга ее обеспечивают;
• какие гормоны для нее значимы;
• какие гены предопределяют формирование и врожденную настройку соответствующих нейросетей;
• какие сигналы, стимулы, факторы внутренней среды организма эти нейросети активируют или тормозят;
• как мы можем управлять уровнем потребности путем педагогических и психологических воздействий (воспитание, психотерапия), за счет фармакологических препаратов (медицина);
• и так далее – вплоть до вклада той или иной потребности в экономические процессы и в качестве источника вдохновения – в создание произведений искусства.
С чего началась эта книга? С лекций и публикаций, посвященных еде (голоду), привязанности (половое и родительское поведение), безопасности (реакция на стресс, проявления страха, тревоги, агрессии). А на следующем этапе возникла идея охватить сферу биологических потребностей более-менее в целом, опираясь на классификацию П. В. Симонова. В результате на основе отдельных выступлений появился учебный курс «Мозг и потребности человека», который уже несколько лет читается в МГУ имени М. В. Ломоносова. Читается в двух вариантах: более «популярном», ориентированном на психологов и всех интересующихся этой проблемой (у нас в МГУ это называется МФК – межфакультетский курс), и более «клеточно-молекулярном» – для студентов кафедры физиологии человека и животных биофака.
Текст, предлагаемый вашему вниманию, – синтез двух этих подходов. В основе книги десять глав – десять историй о таких потребностях, как питание, размножение, забота о потомстве, любопытство.
Безопасности посвящены две главы: одна – про страх, избегание; вторая – про агрессию, борьбу, сопротивление. Еще есть главы про зеркальные нейроны (эмоциональное и двигательное подражание), гомеостаз и здоровье, лидерство, глава про менее изученные программы – вроде лени (экономия сил), свободы, груминга (уход за телом).
Наконец, имеются первая глава – вводная – про мозг вообще, про базовые принципы его функционирования; и последняя, двенадцатая, – мостик в область нейрохимии и нейрофармакологии.
Что вы узнаете из этой книги? Что получите? Я искренне надеюсь, что, помимо массы деталей, конкретных фактов, описывающих работу мозга и всего организма, вы сможете уловить единство самых разных составляющих нервной системы и тела человека. Можно отдельно говорить о пищеварении, о работе сердца, почек или о памяти, эмоциях, сне. Но реально – все это целостность, которая является результатом сотен миллионов лет усложнения позвоночных вообще и млекопитающих в частности, а также итогом миллионов лет эволюции группы человекообразных обезьян. Даже самые высшие проявления нашей психической деятельности (мышление, речь, альтруизм, стремление к творчеству) возникают не на пустом месте, имеют определенную биологическую целесообразность, адаптивный смысл. Надеюсь, в результате чтения этой книги, дорогой читатель, вы станете осознаннее относиться ко многим психическим явлениям, а такие прямо связанные с потребностями феномены, как стресс, лень, любовь, разнообразие испытываемых нами чувств и эмоций, станут более поддающимися контролю или хотя бы анализу.
Потребности – та сила, которая способна превратить отдельные сиюминутные реакции, возникающие прежде всего в ответ на стимулы внешней среды, в гораздо более содержательную цепь действий, ведущую к серьезному успеху. Они способны нарушить привычную рутину существования, подталкивают нас строить жизненные планы и совершать реальные действия. Одно из таких действий – открыть эту книгу и отправиться в путь по ее страницам и главам. Успехов вам, радости от новизны фактов и познания самого себя!
Глава 1. Общие принципы строения и работы мозга. Классификация потребностей
На что похож наш мозг?
Мозг, как и нервная система в целом, – очень сложно устроенный орган. Во все времена и эпохи люди, понимая его важность, пытались с чем-то его сопоставить – как правило, со сложными техническими изобретениями, на тот момент передовыми.
Например, Рене Декарт в XVII веке сравнивал мозг с механико-пневматической системой, где имеются различные рычаги, шестеренки и баллоны с газом. В XIX веке мозг пытались уподобить телефонной станции, потому что в нем есть структуры, похожие на провода, присутствует связь центра и периферии, а внутри ведутся постоянные «разговоры».
Сейчас мы в основном сравниваем мозг с компьютером, это понятная всем аналогия, хотя и она не совсем точна. Так, у нас в голове есть «центральный процессор» – высшие зоны коры больших полушарий. К ним относятся области, которые занимаются мышлением, принятием решений. Для того чтобы центральный процессор работал, ему нужны дополнительные вычислительные устройства, которые находятся на входе и выходе. В компьютере устройства ввода – это клавиатура, микрофон, видеокамера – все они передают сигналы внутрь, к «мозгу». У человека это делают различные органы чувств – вместо камеры у нас глаза и сетчатка, вместо микрофона – уши и улитка.
Или, например, блоки памяти. В компьютере память бывает оперативная, для выполнения задач «здесь и сейчас», и та, что надежно сохраняет информацию на винчестере или его аналоге. У нас тоже есть кратковременная и долговременная память. За то, что мы помним, что поставили на плиту молоко две минуты назад, и за то, что помним, как в первом классе мы подарили учительнице гладиолусы с дачи, отвечают разные процессы, происходящие на уровне отдельных нервных клеток.
Компьютерному блоку питания в нашем мозге соответствуют центры сна и бодрствования. И хотя сам по себе этот блок не очень сложный, но если он сломается, компьютер работать не будет. Человек же при повреждении этих небольших по объему центров впадает в коматозное состояние.
Рис. 1.1. Вверху слева: нейрон; вверху справа: синапс. Внизу: пример нейронной сети
Огромную роль в работе нашего мозга играют центры потребностей. Современные компьютеры тоже умеют заявлять о своих «нуждах»: «Кончается заряд аккумулятора, подключи меня к сети», «Пришла почта, посмотри», «Не пора ли обновить антивирусную программу?». Можно легко представить ситуацию, когда, услышав, как хозяин вошел в квартиру, ваш ноутбук включается и говорит: «Не хочешь ли поиграть в новую стрелялку?» или «Я подобрал интересный фильм под твой запрос». То есть что делает компьютер? Ведет себя активно, навязывая пользователю те или иные реакции. «Нет, ты не можешь проигнорировать, нажми кнопку “Да” или кнопку “Нет”». Так же, как человек не может проигнорировать, например, сильное чувство голода, – мозг требует решения.
Кроме того, и в компьютере, и в мозге есть устройства вывода – блоки, направленные вовне. В ПК это принтер или дисплей, а в нашем организме – мышцы и внутренние органы. Когда мозг что-то делает, в том числе ищет пути удовлетворения той или иной потребности, мы шевелим руками и ногами. А наше сердце, кишечник, почки, легкие работают для того, чтобы все эти движения были обеспечены кислородом, глюкозой и прочим. Все это работает, чтобы мы жили долго и по возможности счастливо.
Если копнуть чуть глубже, мы увидим, что компьютер состоит из микрочипов, а мозг – из нейронов и расположенных между ними вспомогательных (глиальных) клеток. Нейроны (те самые нервные клетки, о порче которых мы так часто вспоминаем в стрессах) и микрочипы – это примерно один уровень организации. Поговорим об этом подробнее.
Нервная клетка (рис. 1.1, слева) – это ветвистое образование, у которого есть центральная часть, ее называют сомой. В этой соме находится ядро и различные органоиды.
От центральной части отходят два типа отростков: дендриты и аксоны (дендро – «ветвь», аксо – «ось»). Дендриты – сильно ветвящиеся отростки, которых обычно несколько, они находятся на входе в нейрон и воспринимают информацию. Это такой «колл-центр», который принимает входящие звонки из разных мест. Аксон же у нейрона всегда один, он проводит сигналы к следующим клеткам – это самые важные «исходящие звонки». В итоге нейроны образуют цепи и сети, по которым передается информация.
Наша память, эмоции, то, что мы воспринимаем во внешней среде, сигналы, которые направляются к мышцам и внутренним органам, – все это существует в форме электрических импульсов, распространяющихся по нервным сетям.
Когда мы смотрим на первый уровень работы мозга, то видим, что мозг – это электрическая машина, и здесь сходство с компьютером совершенно потрясающее.
Мы знаем, что в компьютере существует двоичная система, когда с помощью ступенек тока кодируется все, что этот самый компьютер делает, – по сути, вся информация представлена в виде чисел 1 (верхняя ступенька) и 0 (нижняя ступенька). Оказывается, и в нашем мозге используется очень похожий принцип, только ступеньки эти не прямоугольные, как в компьютере, а, скорее, треугольные. Они называются потенциалами действия и бегут, распространяются по аксонам и дендритам. Эти импульсы кодируют чувства, сенсорные переживания, мысли, будущие движения. Ступеньки тока примерно одинаковы во всех отделах мозга, и важно только место, где они возникают. Если подключиться к правильному участку и подавать подобные импульсы, можно вызывать у человека, например, эйфорию, галлюцинацию или заставить его пошевелить пальцем. Этим, собственно, и занимаются специалисты, которые протезируют пациентам конечности или органы чувств.
Если мы начнем сравнивать мозг с компьютером на более глубоком уровне, то обнаружим весьма обидную картину: в вычислительной машине упомянутые ступеньки тока генерируются по несколько миллиардов за секунду (гигагерцы)! А рабочая частота большинства нейронов нашего мозга – примерно 50–100 Гц. Получается, что в нервной системе по каждому аксону за единицу времени передается очень мало информации. Вдобавок происходит это чрезвычайно медленно. Действительно обидно за свой мозг, не так ли? Сейчас будет еще больнее. Как говорят нам физики, в компьютерах сигналы распространяются с быстротой, составляющей примерно половину от скорости света. А вот наш максимум – 100–120 м/с. Чтобы было нагляднее, переведем в километры в час: 360–430 км/ч, и это очень мало. Для сравнения: средняя скорость полета условного «Боинга» – 800–900 км/ч.
Например, мы доставали из духовки готовый пирог и случайно задели горячую форму. У такого большого существа, как человек, пока импульс от кожи пальца добежит до спинного мозга, переработается там и вернется обратно, появляется явная задержка во времени примерно 0,3 секунды. В комплекте к вкусному пирогу мы ожидаемо получаем ожог. А если бы у нас по нервам информация шла со скоростью света, мы бы вообще никогда не обжигались. Реакция наша была бы столь быстрой, что в момент прикосновения пальца к горячей форме рука бы сразу же отдергивалась. Но скорость проведения сигналов по нервам мала (а длительность обработки боли в спинном мозге велика), и в итоге кожа повреждается – спасибо и на том, что не превращается в уголек.
Эволюция честно пыталась создать максимально «быстрые» аксоны. Но смогла только такие. Конечно, это тоже победа, ведь скорость проведения импульсов у примитивных беспозвоночных не превышает 1 м/с. Этим ребятам повезло гораздо меньше.
Мозг как химическая конструкция
Если копнуть еще глубже, мы увидим, что мозг – не только электрическая машина, но и конструкция, основанная на химических реакциях. И огромную роль в ней играют синапсы – контакты или соединения между нервными клетками. Как правило, аксоны нейрона дотягиваются до следующей клетки (нервной, мышечной, железистой), формируя такие контакты.
Пока информация находится внутри нейрона, она передается в электрической форме в виде импульсов. Но когда приходит время двигаться дальше, к следующей клетке, это происходит уже в химической форме в виде особых веществ – нейромедиаторов. Если проще, нейромедиаторы – это такие почтовые курьеры, которые носят «документы» с информацией из одной клетки в другую (то есть молекулы-посредники).
Получается чередование: в нейроне – электричество, между нейронами – химия. Потом опять электричество и опять химия. Эта постоянная смена способов передачи информации – важный базовый принцип работы мозга.
Именно на химическом уровне нам гораздо легче влиять на работу нервной системы. Если мы знаем, какие вещества выделяются в синапсах (а науке это уже неплохо известно), мы можем синтезировать и вводить в организм молекулы, похожие на них, чтобы усилить действие или, наоборот, помешать им работать. Этим мы серьезно воздействуем на функции мозга: изменяем баланс между возбуждением и торможением, влияем на память, эмоции, поведение. Подавляющее большинство таких веществ – это лекарства, яды или наркотические препараты – похожи на какой-то из основных нейромедиаторов нашего мозга. Синапсы очень важны для работы мозга!
На рис. 1.1 справа крупно изображен синапс. Внутри окончания аксона находятся мембранные пузырьки – они содержат нейромедиатор. Логика работы синапса следующая: сначала по мембране нервной клетки пробегает электрический импульс, потенциал действия. Этот импульс словно дает сигнал: «Нужно отправить курьера!» – и запускает движение пузырьков с нейромедиатором в сторону следующей клетки. Информация поехала. Пузырьки доходят до мембраны аксона, лопаются, нейромедиатор попадает в узкую щель между аксоном и ближайшей клеткой (она называется синаптическая щель) и оказывает на эту соседнюю клетку влияние. Как? Практически звонит в дверь, как любой порядочный курьер. На мембране клетки, принимающей информацию, сидят особые белки, они выполняют функцию кнопок, а наш курьер-нейромедиатор – это палец, который на них нажимает. После нажатия на «звонок» внутри этой клетки-мишени тоже зазвучит сигнал «Отправить сообщение!», и тогда уже на ее мембране возникнет импульс – потенциал действия — и информация побежит дальше. Помните «письма счастья» – прочитай и передай дальше?
Бывают и обратные ситуации, когда нажатие на «кнопку» тормозит следующую клетку, и она на некоторое время перестает передавать сигналы. Это тоже важно.
В нервной системе человека все время сосуществуют и конкурируют два принципа. Один – передавать информацию, а второй – не передавать никаких лишних сведений.
И то и другое очень важно, поэтому одни механизмы реализуют передачу импульса на следующие клетки, а другие ее блокируют. С учетом этого нейромедиаторы, выделяющиеся в конкретных синапсах, по своим эффектам делятся на две большие группы: возбуждающие и тормозные.
Возбуждающие – те, которые заставляют следующую клетку работать, генерировать импульсы и передавать важные сведения. А тормозные – те, которые мешают проводить избыточную информацию. Если использовать нашу аналогию с курьерами – они блокируют в том числе «рекламу и спам».
Важнейшие нейромедиаторы – глутаминовая кислота и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Глутаминовая кислота наверняка известна вам как вкусовая добавка. Тот самый глутамат, который улучшает вкус всего на свете, в мозге работает как важнейший возбуждающий нейромедиатор. Глутаминовую кислоту в роли «курьера» используют не менее 40 % нервных клеток. За счет выделения этого вещества передаются сенсорные сигналы, работает память, центры мышления и принятия решений. Двигательные программы, пока они не дошли до мышц, тоже зависят от выделения глутамата.
ГАМК – гамма-аминомасляную кислоту – в качестве тормозного нейромедиатора, блокирующего передачу избыточной информации, судя по всему, использует не менее трети нейронов – такая она важная. Это вещество мешает проводить лишние сигналы и сдерживает информационный шум в нервной системе, мешающий обработке важных сведений. Эта задача не менее значимая, чем проведение сигналов. Представьте, что в кинотеатре вам показывают одновременно два фильма, да еще рекламный ролик в придачу, – да вы с ума сойдете!
Получается, что наш мозг хорошо работает не тогда, когда возбуждено много нейронов, а тогда, когда активны лишь правильные. И их в идеале должно быть небольшое количество.
Есть популярный вопрос, его очень любят задавать: «В мозге в каждый момент времени активно функционирует всего 10 % нейронов. Как сделать так, чтобы работало больше?». Ответ: сделать-то можно, но вам это не нужно. Многие считают, что чем больше, тем лучше. Они ошибаются. На самом деле, если слишком много нервных клеток начнут одновременно генерировать импульсы, то в среде «курьеров» возникнет хаос, и мозг перевозбудится. Или даже вовсе случится эпилептический припадок. Уверен, такая авария вам не нужна.
Хорошо работающий мозг – не тот, что активировал все клетки, а тот, который сумел задействовать правильные, специализированные на актуальной проблеме. Тормозить шумящие нейроны – очень важная задача, и ГАМК справляется с ней на ура.
Мы сейчас кратко познакомились с двумя главными игроками на поле нашей мозговой деятельности: возбуждением и торможением. В дальнейшем нас больше будут интересовать нейромедиаторы второго уровня – отвечающие за эмоции, мотивации и потребности. Они прежде всего генерируют позитивные эмоциональные переживания в те моменты, когда человеку удается – с точки зрения нашей биологии – совершить что-то хорошее. Эдакие «гонцы с хорошими вестями».
Например, вы съели вкусный суп, узнали о новом способе вышивать крестиком (особенно если это входит в сферу ваших увлечений) или благополучно убежали от разъяренного соседского кота – в эти моменты при возникновении эмоциональных переживаний в нашем мозге выделяются нейромедиаторы дофамин, норадреналин и эндорфины. Эти «курьеры» несут вам хорошие новости, поднимающие настроение. На самом деле, их список можно продолжать и дальше. Нейромедиаторов, связанных с удовлетворением потребностей и положительными эмоциями, – около десятка, и мы постепенно будем с ними знакомиться.
Иногда нейрон сравнивают с чипом компьютера, причем весьма сложным, потому что на нервной клетке в среднем находится около 3000–5000 синапсов – это 3000–5000 соединений с другими клетками. Каждый нейрон одновременно получает информацию по тысячам каналов. Причем часть из них – возбуждающие, часть – тормозные. И нейрон должен «принимать решение» о том, проводить сигнал дальше или заблокировать его, сопоставляя активность глутамата и ГАМК. Отдельные чипы-нейроны собираются в вычислительные центры, занимающиеся дыханием, реакцией на звук, кратковременной памятью и прочими процессами. Сложнейшая сеть, не так ли? С ней не сравнится даже международная курьерская служба DHL, тут уже нужна аналогия посерьезнее.
Мозг можно сравнить с огромным компьютерным центром, в котором тысячи отдельных вычислительных устройств сложным образом взаимодействуют друг с другом.
Сколько вообще в нашем мозге нейронов? Обычно называют цифру 85–90 млрд. Звучит впечатляюще – попробуйте вообразить эту самую сотню миллиардов. Это гораздо больше, чем жителей на планете Земля. Представьте себе 90 млрд абонентов сети, каждый из которых одновременно общается с 5000 других абонентов. Получается, что сложность информационных потоков в нашей голове сравнима, наверное, со всем интернетом, да и то с натяжкой. И все эти процессы еще предстоит серьезно изучить. Наука и вся наша современная техника только-только начали разбираться в мозге, в нейросетях. Какие-то глобальные изменения и процессы наблюдать и анализировать не составляет труда, а вот над пониманием тонкостей передачи информации еще предстоит поработать. И немало.
При этом клетки мозга очень маленькие. Наиболее частый размер тела нейрона – 0,03–0,05 мм. Общеизвестно, что средний вес мозга человека – 1300 граммов. У мужчин примерно на 100 граммов тяжелее, чем у женщин. Когда это впервые выяснили, мужская часть населения ужасно загордилась.
Но после того как этот вопрос изучили получше, оказалось, что вокруг самих нейронов в нервной ткани находятся еще и глиальные клетки. Это «обслуживающий персонал»: они защищают нейроны от ударов, следят за химическим составом межклеточной среды, обеспечивают электрическую изоляцию и еще много чего. И как раз в том, что мужской мозг весит больше, оказались «виноваты» в основном глиальные клетки. Нейронов у мужчин и женщин примерно одинаково – уже упомянутые 85–90 млрд (хотя еще прослеживается связь между массой мозга и общей массой тела), и эта цифра гораздо стабильнее, чем общий вес нервной системы. Получается, что мужской мозг лучше «упакован», надежнее защищен от ударов по голове. Это логично, ведь мужчины, очевидно, вели более суровый образ жизни, когда охотились на мамонтов и самоутверждались в качестве вожака племени. Женский же мозг в этом смысле более «нежный, трепетный», он не рассчитан на грубое обращение.
Львиная доля тел нейронов находится в головном и спинном мозге, это известно. Но не все знают, что по нашему организму раскидано более сотни маленьких «мозгов», которые называются ганглии. Там тоже есть нейроны, часть из которых отвечает за разнообразную чувствительность (за сенсорные сигналы), а часть работает с внутренними органами. Это небольшие центры управления в нашем теле, принимающие решения по незначительным вопросам, без необходимости обращаться к «руководству», то есть к «большому» мозгу – центральной нервной системе (ЦНС). Хотя они, конечно, ему подчиняются.
Из ганглиев, из головного и спинного мозга (а это две составляющие ЦНС) выходят нервные отростки – аксоны и дендриты. Они собираются в нервы, которые работают с нашими мышцами и органами. В нервах часто сосуществуют встречные информационные потоки, часть из которых от органов чувств идет в мозг, а часть направляется к мышцам и внутренним органам. Почему? Чтобы управлять периферическими устройствами, важно знать, как они себя чувствуют и что там, на границе тела и внешней среды, происходит.
Когда аксон направляется к следующей клетке, ею, конечно, может быть нейрон. А может быть и клетка мышцы, сердца или кишечника. Синапсы бывают не только внутри мозга.
С точки зрения цитологов – ученых, которые изучают внутреннее строение клеток, нейрон, в принципе, стандартно устроен. Да, он выглядит экстравагантно из-за многочисленных отростков, но внутри имеет вполне ординарную структуру: ядро, митохондрии, рибосомы. И его обмен веществ мало чем отличается.
Различие состоит в том, что нейроны потребляют много энергии. По этому показателю мозг занимает первое место во всем организме, ему нужно больше всего глюкозы и кислорода на 1 грамм веса. Поэтому, если возникает проблема с «поставками» этих веществ, именно мозг повреждается первым. Второе место по потреблению энергии занимают почки, третье – сердце, но наш «мыслительный центр» все равно очевидный лидер по интенсивности обмена веществ.
Нейронные сети
Нервные клетки поодиночке, конечно, не работают. Чтобы организовать даже самые простые функции, они должны собираться в цепи и сети. Изображенная в нижней части рис. 1.1 нейронная сеть состоит всего из пяти нервных клеток. И если вспомнить, что дендриты принимают информацию, а аксоны передают, становится ясно, в какую сторону по этой сети идут сигналы. Они идут от нейрона 1, он на входе, дальше – к нейронам 2 и 3, а от них уже к нейронам 4 и 5, которые в итоге передают возбуждение на мышцы (6) и на внутренние органы (7).
Нейроны, изображенные на схеме, относятся к четырем функциональным группам. Те, которые находятся на входе в нейросеть, как правило, связаны с органами чувств, их называют сенсорные. Они понимают прикосновения, улавливают запахи, различают температуру. Помогают нам ощущать окружающий мир. Нейроны, расположенные на выходе, – это мотонейроны (двигательные) и вегетативные. Первые – запускают сокращение мышц. Любое наше движение рукой, подмигивание или нажатие кнопки на ноутбуке начинается с импульса, возникшего в мотонейронах. Вегетативные нейроны работают с внутренними органами: с сердцем, сосудами, кишечником, бронхами. Основная разница между мотонейронами и вегетативными состоит в том, что первыми мы умеем управлять. Мы по собственной воле нажимаем кнопку на клавиатуре. А вегетативными, как правило, не можем: мы не способны силой мысли изменить частоту сердцебиения. Ну, если мы не столетний йог из Непала, конечно.
Это кажется несправедливым – почему бы не дать нам доступ к управлению всеми системами организма? Но эволюция наложила «вето» на вход в эту часть нейросети неспроста. Если вспомнить аналогию мозга и компьютерного центра, получается, что наше сознание – это пользователь, который постоянно имеет дело с тысячами компьютеров. Некоторыми из них он может управлять, другие просто видит «онлайн» и может понять, что они работают, но пароля на внесение изменений в систему у него нет. Например, наше сердце бьется с определенной частотой, мы можем измерить пульс. Но чистым волевым усилием, без десятилетий занятий йогой или БОС – биологической обратной связью (тут вам понадобится всего несколько недель), человек не может его замедлить или ускорить.
Наконец, в нашем «компьютерном центре» есть такие вычислительные устройства, которые явно что-то делают, но сознание вообще не в курсе специфики их активности. Это относится, например, к выделению гормонов. Эта функция находится в ведении части головного мозга, которая называется гипоталамус. Но наше сознание (центры коры больших полушарий) совершенно не отслеживает этот процесс. Возьмем гормон роста. Он выделяется под контролем гипоталамуса, но волевым усилием еще ни одному, даже самому просветленному йогу, не удалось подрасти хотя бы на 10 сантиметров. Существование скрытых от сознания «компьютеров» связано с тем, что соответствующие блоки мозга отвечают за нечто столь важное, что «пользователю» туда просто нельзя влезать, иначе можно наломать дров и «уронить» всю систему. Мы можем контролировать прежде всего движения, мысли, отчасти – эмоции, но прямой вход в вегетативную сферу сознанию весьма затруднен.
Вернемся к схеме нейросети. Нейроны 2 и 3 – промежуточные нервные клетки (интернейроны), и они в этом ансамбле играют ведущую партию. От них зависит, пойдет ли поступивший сигнал дальше, «на выход», и вызовет ли, скажем, прикосновение какую-нибудь реакцию. Именно интернейроны принимают решение о запуске реакций, они же отвечают за такое свойство, как память. И больше всего именно этих клеток – которые связывают вход и выход. В сложном мозге типа человеческого 95 % клеток промежуточные, а на входе и выходе (например, те, что принимают внешние сигналы или запускают движение) – не более 5 % нейронов. Получается, что обработка информации – основное занятие нашего «процессора».
Промежуточные клетки способны обмениваться сведениями: на нашей схеме отросток аксона, принадлежащий клетке 2, идет к клетке 3. Даже сеть, состоящая всего из пяти нейронов, способна к весьма разнообразным операциям. А если это не 5, а 500 нейронов? Или 5 миллионов? В таких условиях возникают самые разные информационные потоки, сложные, интересные и непредсказуемые. Поэтому наш мозг сравнивают не с обыкновенным, а с шумящим компьютером. Это в ЭВМ 5 × 5 = 25 – всегда. А у нашего мозга может получиться и 24, а иногда и 27. И это правильно.
Мозг обязан «шуметь». Он должен генерировать в определенной степени стохастическое, то есть случайное поведение. Это эволюционно выгодно.
Если бы заяц всегда убегал от лисы предсказуемо, например строго по прямой, его быстро бы поймали и съели. Важна именно определенная хаотичность движения, чтобы ушастый бежал иногда вправо, иногда влево, двигался зигзагами, прыгал через кусты. Это биологически верно и оставляет ему шанс на выживание. В конце концов, наш мозг сделан не для того, чтобы работать с точными цифрами, как компьютер. Его задача – пытаться спрогнозировать будущее и так разнообразить наше поведение, чтобы удовлетворить свои потребности и выжить. Или, скажем, выиграть футбольный матч.
Макроанатомия мозга. Его строение
Для понимания основной темы книги – мозг и его потребности – необходимо перейти на следующий уровень – макроструктурный, вспомнить анатомию мозга. Материал этот включен в школьную программу. Но так как не каждый взрослый человек помнит о том, что он слышал в школе, кратко повторим строение центральной нервной системы. Особенно актуальны для нас знания о гипоталамусе, базальных ганглиях, среднем мозге, коре больших полушарий.
Центральная нервная система (ЦНС) – это головной плюс спинной мозг. Находятся они соответственно внутри черепа и внутри позвоночника. Думаю, это вам известно. Устройство спинного мозга в сравнении с головным существенно проще.
Спинной мозг
Как наше тело от шеи до копчика делится на 31 этаж (да, именно этаж, такая вот «высотка»), так и спинной мозг делится на 31 сегмент, каждому из которых примерно соответствует один позвонок. За такую сегментацию отвечают особые гены, включающиеся на очень ранней стадии развития эмбриона – уже в первые недели беременности.
Каждый сегмент спинного мозга работает со своим этажом тела: получает кожную и болевую чувствительность, сигналы от суставов и сухожилий, управляет мышцами и внутренними органами. В этом мы весьма похожи на дождевого червяка или гусеницу бабочки – помните, какие у них кольца на тельце? Только у гусеницы сегменты выражены очень четко, а у нас хоть и не видны, но все же существуют.
Выделяют восемь шейных сегментов (шея, руки, дыхание), двенадцать грудных («этажи» грудной и брюшной полостей, мышцы туловища), пять поясничных сегментов (ноги) и шесть крестцово-копчиковых (область таза). Если, например, шестой грудной позвонок сместится относительно седьмого, он передавит те нервы, которые выходят из шестого же грудного сегмента спинного мозга. А дальше человека не ждет ничего хорошего. Он ощутит боль где-нибудь в районе ребер, и это будет связано не с каким-то реальным повреждением или травмой, а с тем, что спинной мозг плохо передает сигналы. В довесок может ухудшиться работа сердца или кишечника.
Когда врачи говорят, что половина болезней – от позвоночника, они правы, потому что передача информации в спинной мозг и из него нарушается довольно легко. Например, если позвонки из-за сколиоза сдвинулись в сторону (что совсем не редкость при сидячем образе жизни), существует вероятность, что они нажмут на веточку какого-нибудь нерва. Мы – прямоходящие существа, но за те несколько миллионов лет эволюции, что прошли с момента, когда наши предки встали на две ноги, позвоночник так толком и не приспособился к тому, что его ненормальный хозяин стоит и ходит вертикально. Поэтому к 40 годам у большинства людей спина уже болит.
Каждый сегмент спинного мозга работает со своим этажом тела, а еще общается с «большим начальником» – головным мозгом. Существуют информационные потоки, связывающие ладонь с шейными сегментами спинного мозга, а дальше эта информация уходит к «руководству». Если мы ощущаем, что, например, что-то ползет по большому пальцу руки, это означает, что импульс сначала добежал до спинного мозга, а потом поднялся в кору больших полушарий, где находятся высшие психические центры. Они, собственно, и отвечают за возникновение ощущения. А если человек понимает, что по нему ползет паук, и стряхивает его с ладони, значит, процесс пошел обратно: импульс сначала возник в коре больших полушарий, опустился в соответствующий сегмент спинного мозга, а дальше уже ушел по аксону мотонейрона на нужную мышцу – нервно-мышечный синапс заставил ее сокращаться. А пауку придется поискать себе другое место, чтобы ползать.
У взрослого человека подобные реакции происходят достаточно быстро и автоматически, потому что мы учимся этому в первые годы нашей жизни. Ребенок же появляется на свет почти без двигательных навыков (хотя некоторые из них начинают закладываться еще в утробе матери). Младенец в первые месяцы жизни тратит массу усилий на то, чтобы овладеть своей мышечной системой на уровне отдельных движений. Пытается понять, как держать голову, перевернуться на живот, как бы покрепче ухватить родителя за волосы. И только в полгода приступает к «шлифовке» локомоторной активности – потихоньку ползает и пытается ходить.
Головной мозг
Можно выделить три основные зоны головного мозга: ствол, мозжечок и большие полушария. Ствол – центральная область головного мозга, весьма древняя структура, которая имеется уже у рыб. Ее эволюционный возраст, по-видимому, не менее 500 млн лет. От ствола мозга, как от ствола дерева-мутанта, вырастают целых две «кроны»: одна покрупнее – большие полушария, а другая поменьше – мозжечок, то есть малый мозг. У всех позвоночных головной мозг устроен по одному и тому же плану. Все мы родственники, а интенсивная эволюция млекопитающих происходила последние 66 млн лет (после вымирания динозавров).
У человека, как известно, не самый большой мозг на свете. У слона или у кашалота он в несколько раз увесистее. Если существо крупное, с большим массивным телом, то и мозг для управления этой махиной тоже нужен большой. Но он в основном занимается внутренними органами, движениями, кожной чувствительностью – поймать кальмара, отмахнуться от мухи. А вот высшие ассоциативные зоны уникальны для человеческого мозга. Только у нас они такие большие! Поэтому слон не может писать стихи и придумать, как он будет отмечать Новый год. А человек – может.
Ствол головного мозга включает четыре отдела: (1–2) продолговатый мозг и мост – это две самые нижние стволовые структуры, и они находятся под мозжечком; (3) средний мозг; (4) промежуточный мозг, находится «промеж» полушарий – от него во время развития эмбриона направо и налево отрастают два больших полушария. Их также называют конечным мозгом.
Итого получается шесть основных отделов головного мозга. Они изображены на рис. 1.2. Две крупные полости внутри мозга – третий и четвертый желудочки, а также соединяющий эти полости канал (мозговой водопровод – нет, сантехник ему не нужен).
Продолговатый мозг и мост мы будем все время объединять, потому что с точки зрения функций это единая зона. Они вместе занимаются самыми необходимыми для организма функциями: дыханием, работой сердца. Мозжечок – важнейший двигательный центр, в том числе он отвечает за наше равновесие, ходьбу, бег и прочие моторные навыки. Средний мозг находится между мостом и промежуточным мозгом.
Верхняя часть промежуточного мозга называется таламус, нижняя – гипоталамус, а под гипоталамусом находится гипофиз – эндокринная железа. Здесь же, в промежуточном мозге, имеется и вторая эндокринная железа – эпифиз.
Запутались?
Ничего страшного, сейчас разберемся.
Самая крупная область ЦНС человека – большие полушария. Правое и левое соединяются крупнейшим скоплением аксонов – мозолистым телом. Оно «собирает» полушария в цельный вычислительный комплекс. Если у человека повреждается мозолистое тело, у него могут возникать симптомы, сходные с «раздвоением личности», когда полушария начинают работать отдельно. Правое запускает одни движения, левое – другие, нарушается координация, моторика, рассинхронизируются ощущения в правой и левой стороне тела.
Рис. 1.2. Схема продольного среза головного мозга человека. Показаны шесть отделов головного мозга, две крупные полости внутри него – третий и четвертый желудочки, а также соединяющий эти полости канал (мозговой водопровод)
Продолговатый мозг и мост. Они занимаются жизненно важными функциями, без которых просто невозможно существовать. Понятно, что эти функции эволюционно самые древние, с них все начиналось. Например, уже у какой-нибудь селедки эти отделы устроены примерно так же, как у нас.
Во-первых, здесь находится штаб-квартира по управлению дыханием. Каждый наш вдох и выдох запускается из продолговатого мозга и моста.
Во-вторых, здесь же находится центр, который нейрофизиологи называют сосудодвигательным. Состоит он из нейронов, управляющих работой сердца, тонусом сосудов, всей сердечно-сосудистой системой. Это огромное хозяйство, с помощью которого, например, регулируется кровоток в разных частях нашего тела, кровяное давление. Руководство этими процессами является жизненно важной задачей.
В-третьих, здесь базируется все, что связано с врожденным пищевым поведением. Центры вкуса, центры, запускающие глотание, слюноотделение, сосательный рефлекс, выплевывание, рвоту, – то, что у младенца должно работать сразу, иначе он не сможет питаться.
В-четвертых, продолговатый мозг и мост содержат главный центр бодрствования. Этот штаб собирает сигналы от всех сенсорных систем и возвращает человека из мира снов, если, например, зазвонил будильник или кто-то потряс его за плечо. Любой сильный входящий сенсорный сигнал способен разбудить мозг, а потом из продолговатого мозга и моста волны активации расходятся по всей ЦНС – от спинного мозга до коры больших полушарий. И мы меняем состояние с сонного на бодрствующее. Если повредить эту зону, возникнет коматозное состояние. Любое повреждение продолговатого мозга и моста, даже самое незначительное и «микроскопическое», – смертельно опасно, потому что из-за этого может «выключиться» дыхание или нарушиться способность правильно глотать.
Мозжечок – это прежде всего двигательный центр. Движения нашего тела чрезвычайно разнообразны. Если мы хотим, то произвольно двигаем рукой, ногой, головой. Бывают движения, связанные с перемещением в пространстве: бег и шаг (локомоция). Особо выделяют рефлекторные движения – когда мы, например, отдергиваем ладонь от горячей кастрюли.
Мозжечок отвечает только за автоматизированные движения – те, с которыми мы поначалу никак не могли справиться четко и эффективно. Они были для нас новыми, но мы их повторяли, повторяли – и наконец выучили. Писать карандашом или кататься на велосипеде – именно на уровне мозжечка происходит запоминание таких двигательных программ, их автоматизация. Когда мы раз за разом повторяем одни и те же действия, нейроны мозжечка запоминают, как выполнять их быстро и качественно. «Повторение – мать учения» – знаете такую поговорку? А пока мы учимся, такими движениями в основном управляет кора больших полушарий. Она осуществляет произвольный контроль. Поначалу вы должны смотреть, как ставите ноги на педали велосипеда, куда направляете руль, следить за каждым поворотом колеса, за дорогой, а заодно помнить о балансе. Но если вы повторите все эти манипуляции сто или тысячу раз, возникнет двигательный автоматизм. И уже не кора больших полушарий станет управлять движениями рук и ног, а мозжечок. Мозжечок крутит педали и поворачивает руль, а кора больших полушарий в это время, например, слушает аудиокнигу. Смысл автоматизации состоит в том, чтобы разгрузить большие полушария и передать рутинные, повторяющиеся часто и помногу движения под управление мозжечка. Проще говоря, не думать там, где можно не думать.
В мозжечке находится несколько зон, которые занимаются разными видами движений.
Есть центральная часть, червь, она отвечает за поддержание равновесия (автоматизация вестибулярных рефлексов). Ее обучение стартует с того момента, когда ребенок начинает держать головку, учится сидеть и вообще всячески пытается подружиться с гравитацией.
Средняя зона мозжечка, внутренняя часть полушарий, отвечает за автоматизацию локомоции и учится, когда мы начинаем ползать, ходить, бегать, плавать – то есть перемещаться в пространстве, ритмически сгибая руки и ноги. Как локомотив, который тянет вагоны из пункта А в пункт Б.
Наружная часть мозжечка (внешняя область полушарий), ее называют новой частью, эволюционно возникла позже всего. Она отвечает за движения, в развитой форме присущие только человеку, – за тонкую моторику пальцев и речь. Мы долго и трудно учимся говорить, постепенно овладеваем фонемами, словами. Так же долго разбираемся с тем, как писать, работать напильником или лепить пельмени. Все это – чисто человеческие искусства, и дело с ними у нас идет медленнее.
Мозжечок занимается автоматизацией самых разных движений, и если что-то в нем ломается, то привычное действие снова становится произвольным. После травмы мозжечка приходится усилием воли поддерживать равновесие, сгибать и разгибать ноги во время ходьбы. То есть, вопреки расхожему мнению, разучиться езде на велосипеде все-таки можно.
Помимо мозжечка, автоматизацией движений занимается еще одна обширная зона нашего мозга, которая называется базальные ганглии. Они находятся в глубине больших полушарий (см. рис. 2.1 в главе 2).
Мы знаем, что снаружи больших полушарий располагается кора. Это целые слои нейронов, идущие параллельно поверхности мозга и выполняющие самые важные и сложные функции: сенсорный анализ (ощущение прикосновения, запаха и т. п.), речь, принятие решений, произвольные движения (те, которые мы осознанно контролируем, например забиваем гвоздь).
А вот в глубине больших полушарий находится еще несколько скоплений серого вещества. Их объединяют в целостный комплекс – базальными ганглиями. Основная часть их нейронов работает вместе с мозжечком – фиксирует повторяющиеся двигательные программы, паттерны. То есть если мозжечок, например, запоминает отдельные движения танца, то базальные ганглии будут автоматизировать переход от фигуры к фигуре, помнить танец в целом.
Рассмотрим теперь средний мозг. В его верхней части находится так называемое четверохолмие – зона, которая реагирует на новизну стимулов. Ее нейроны выделяют новые зрительные и слуховые сигналы. Четверохолмию, строго говоря, все равно, что мы там видим и слышим, – важно, что произошло изменение. Именно оно детектирует эту новизну и заставляет нас поворачивать голову, если что-то зашуршало в кустах или кто-то рядом крикнул «Эй!». Благодаря четверохолмию наш организм эффективно собирает новую информацию. По сути, с ним связано любопытство на самом его древнем уровне. Ну правда, что это там шуршит в кустах?
В центре среднего мозга находится структура, которая так и называется – центральное серое вещество, и это главная область, которая запускает сон.
Если помните, наш главный центр бодрствования находится в мосте и продолговатом мозге, а вот центр сна – в среднем мозге. И они все время друг с другом конкурируют.
В зависимости от того, кто выиграл, мы переходим в сонное либо в бодрое состояние. А вот если никто не завоевал лавры победителя, мы оказываемся в некой полудреме, особенно с утра или при монотонной и скучной деятельности. Наверняка вам это знакомо.
В нижней части среднего мозга расположены красное ядро и черная субстанция – две структуры, которые тоже связаны с двигательной сферой. Красное ядро работает вместе с мозжечком и помогает, например, сгибать руки и ноги, когда мы куда-то бежим или идем. Черная субстанция реализует свои функции вместе с базальными ганглиями, во многом определяя общий уровень нашей двигательной активности. Более того, от нее зависят те положительные эмоции, которые мы испытываем, когда двигаемся. Если вам от рождения досталась активная черная субстанция, то вам, скорее всего, нравится двигаться: гулять, заниматься спортом, танцевать. Казалось бы, танец не несет с собой никакого полезного действия, а человек все равно танцует и радуется. Вот за это отвечает черная субстанция.
Но у нас в мозге есть и конкурирующая программа лени, которая говорит: «Не надо двигаться, давай экономить силы». Баланс радости движений и лени индивидуален и зависит от генов и гормонов. Для кого-то предложение пойти побегать в воскресенье в парке – это прекрасно, а кто-то проворчит: «Да ну тебя, мне и на диване хорошо». Но это уже область конкретных характеристик личности, которые во многом связаны в данном случае с черной субстанцией и с веществом-нейромедиатором – дофамином.
Промежуточный мозг – это прежде всего таламус и гипоталамус – верхняя и нижняя части этого отдела ЦНС. Размер каждого из них – около 4 сантиметров. Это очень важные структуры, и их тоже можно увидеть на рис. 2.1 в главе 2.
Таламус – это зона, которая прежде всего работает с сенсорными сигналами и отвечает за то, что мы называем вниманием. Если вы сосредоточились, например, на чьей-то лекции или рассказе об отпуске, это значит, что ваш таламус в основном пропускает слуховые сигналы. А если вдруг у вас зачесалась правая пятка и вы обратили внимание на нее, в этот момент таламус начал пропускать кожную чувствительность. При этом слуховая чувствительность отчасти тормозится, поскольку кора больших полушарий не может полностью обрабатывать все и сразу. Так что пока вы от души будете чесать пятку, подробности об экскурсии собеседника в развалины какой-то крепости вы пропустите мимо ушей (точнее, мимо высших слуховых центров височной области).
Таламус нам очень нужен, ведь кора больших полушарий не может одновременно видеть, слышать, осязать, обонять, вспоминать уже свой прошлый отпуск, а заодно рефлексировать над эмоциями, связанными с тем августом… Так же с ума сойти можно! Таламус – наш незаменимый секретарь, который помогает перераспределить вычислительные ресурсы коры больших полушарий и не перегружать «шефа», то есть нас, наши высшие центры, кучей дел одновременно.
Гипоталамус – важнейший центр биологических потребностей, эндокринной и вегетативной регуляции. Он следит за выделением гормонов и контролирует работу внутренних органов, например при стрессе. Именно он виноват в том, что при волнении у нас усиливается потоотделение и подскакивает давление. Здесь же, в гипоталамусе, находятся группы нейронов, которые занимаются задачами из сферы потребностей, мотиваций, эмоций. С гипоталамусом связывают голод, жажду, страх, агрессию, половое и родительское поведение. Это «большая шестерка» биологических потребностей, и каждой из них в нашей книге будет посвящена отдельная глава.
Кора больших полушарий делится на древнюю, старую и новую.
Древняя кора – обонятельная. Эволюционно она появилась раньше всего и была уже у рыб в те времена, когда жизнь на Земле еще не покинула воды морей и океанов. Получается, что большие полушария возникли, чтобы нюхать – и это природа посчитала первоочередной задачей: они ближе всего к носовой полости. У рыб кора в основном отвечает за обоняние, а у нас она задействует для этих целей лишь около 2 % своей «мощности». К древней коре относятся обонятельная луковица и некоторые области, которые располагаются на внутренней поверхности больших полушарий рядом с передней частью мозолистого тела.
По ходу эволюции кора больших полушарий постепенно начала заниматься и другими задачами: такое хитроумное «добро» можно приспособить и для иных целей. Поэтому уже на уровне амфибий и рептилий, когда позвоночные решили выбраться на сушу, в явной форме развилась другая – старая кора.
Старая кора – это прежде всего области кратковременной памяти. Конечно, и в океане есть что запоминать. Например, коралловые рыбы отлично знают свою территорию. Но на суше подобные задачи гораздо больше. Вот и выделилась старая кора. Главный из ее центров – гиппокамп – находится в глубине височной доли на дне особой «гиппокампальной» борозды (см. рис. 3.2 в главе 3).
Но основная часть (более 95 % нашей коры) – это новая кора, которая характерна для млекопитающих. К ней относятся сенсорные, двигательные и ассоциативные (высшие) зоны. При этом новая кора подразделяется на шесть долей. Четыре из них наверняка вам известны: лобная, теменная, затылочная и височная (рис. 1.3). Помимо них, выделяют еще островковую и лимбическую доли коры больших полушарий.
Посмотрим на всю эту конструкцию сбоку. Спереди располагается лобная доля. Ее границей служит центральная борозда, за которой – уже теменная область. Максимально заднее положение занимает затылочная доля. Ниже всего находится височная, которая отделена от остального мозга глубокой боковой бороздой. Дно этой борозды образует внушительное расширение – это и есть островковая доля. Наконец, лимбическая доля находится на внутренней поверхности полушарий. Лимбическая (от слова limb – «край, круг») область коры окружает место отхода полушарий от промежуточного мозга. В состав этой доли часто включают обонятельную (древнюю) кору и центры кратковременной памяти (старая кора).
Рис. 1.3. Расположение и функции различных областей коры больших полушарий человека.
1 – затылочная кора, зрение;
2 – височная кора, слух;
3 – передняя часть теменной доли, чувствительность тела;
4 – островковая доля, вкус и равновесие;
5 – задняя часть лобной доли, двигательная кора;
6 – ассоциативная теменная кора;
7 – ассоциативная лобная кора
Довольно трудно запомнить весь этот набор. Будет проще, когда мы посмотрим, за что доли отвечают. Если схематично описать функции коры больших полушарий, то картина получится следующая.
Затылочная доля – зрительная. Наша «видеокарта» находится в задней части головы. Поэтому если сильно стукнуть по затылку, из глаз посыплются искры – возникает зрительная иллюзия, ведь при ударе невольно стимулируется непосредственно затылочная кора.
Височная доля – слуховая кора, и это запомнить легко: уши по бокам, висок рядом.
Передняя часть теменной доли идет от макушки вниз. Это зона чувствительности тела – кожной, болевой, мышечной. Нащупайте у себя темечко – отсюда и название – теменная доля.
Островковая доля – центр вкуса, а также центр вестибулярной чувствительности.
Задняя часть лобной доли – двигательная кора. Это зона, которая реализует новые (произвольные) движения, когда мы только учимся ездить на скейте или танцевать сальсу. Именно ориентируясь на двигательную кору, мозжечок запоминает и автоматизирует наши двигательные навыки.
Как работает мозг?
Ассоциативную теменную кору окружают основные сенсорные центры, отвечающие за все ощущения, которые мы собираем из окружающей среды: что мы видим, слышим, какие прикосновения чувствуем, вкусный ли у нас обед. Сенсорная информация, после того как она обработана, сбрасывается в ассоциативную теменную кору. И в этой зоне возникает то, что в нейропсихологии называют целостный сенсорный образ внешнего мира. Благодаря ассоциативной теменной коре мы одновременно видим, слышим, осязаем. Мы же не перескакиваем со зрительного канала на слуховой, а потом на осязательный. Тогда бы мы никак не могли есть пиццу под сериал. Но, к великому счастью, мы воспринимаем все одновременно.
В ассоциативной теменной коре располагаются нейроны, которые способны работать одномоментно с различными органами чувств. Именно на базе этих нейронов у человека возникают речевые центры. Потому что речь, слова – все это подразумевает наличие нервных клеток, которые взаимодействуют единовременно с несколькими сенсорными системами.
Например, мы задались целью купить стол. Высматриваем его в мебельном магазине – работает зрение, говорим продавцу: «Нужен стол» – работает слух. Объединяют зрительный и слуховой сигнал именно эти нервные клетки. Поэтому у нас с вами в ассоциативной теменной коре находятся еще центры речи и центры мышления. Получается, что этой зоной мы думаем.
Не менее важна ассоциативная лобная кора. Размышлять и мечтать мы можем о чем угодно, и это прекрасно. Но важно то, как мы в конце концов станем действовать. За наше поведение, за выбор программы, принятие решения как раз и отвечает ассоциативная лобная кора. Желательно, чтобы мы запускали именно полезное поведение, которое было бы нам на руку – удовлетворяло нужды организма, помогало справляться с трудностями. Поэтому именно в лобную ассоциативную кору приходит информация о потребностях. Гипоталамус посылает сигнал прежде всего туда. К примеру: «Я голодный», «Хочу размножаться», «Мне страшно здесь, может быть, пора отсюда делать ноги?».
Ассоциативная лобная кора, приняв информацию о потребностях, обращается к центрам памяти, к индивидуальному опыту и к ассоциативной теменной коре с вопросом: «Что важного творится в окружающем мире?». Получив эти три информационных потока, ассоциативная лобная кора принимает решение о запуске поведения. И если вам стало страшновато в беспроглядной лесной чаще (ну, мало ли как вы там оказались), то вы решаете уйти. Для этого надо встать с пенька, начать передвигать ноги и перейти в какое-то более комфортное пространство. Сигнал из ассоциативной лобной коры уйдет в двигательную кору, благо она совсем рядом – в задней части лобной доли, а та, в свою очередь, даст сигнал мозжечку и спинному мозгу. И мы начнем шевелить руками, ногами, что-то делать и выбираться уже из этой глуши.
На рис. 1.3 в упрощенном виде изображены основные информационные потоки, которые распространяются по нашей коре больших полушарий, когда мы что-то делаем. А мы практически все время совершаем те или иные действия.
Потребности в рамках этой системы играют очень важную запускающую роль, их наличие часто служит стимулом для старта поведения. А без потребностей так и будет мозг и, соответственно, тело вяло лежать на месте и ничего не предпринимать. «Что воля, что неволя – все равно».
Что такое потребности?
Понятие «потребность» в биологии определяется как избирательная зависимость организма от определенных факторов внешней или внутренней среды.
Например, боль будет запускать потребность в безопасности, а падение уровня глюкозы в крови – потребность что-нибудь съесть. Биологи в основном интересуются нашими базовыми нуждами в контексте того факта, что мы живые существа. Они называют их просто – биологические потребности. Утолить голод, отдохнуть, выжить, дать потомство. Но, помимо этих, философы и психологи выделили массу других потребностей: социальные, духовные, эстетические. Их изучать гораздо сложнее. А биологи и физиологи предпочитают справляться сначала с более тривиальными задачами.
Конечно, у человека может возникнуть острая необходимость полюбоваться цветущей сакурой. И мы отлично его понимаем! Но эту тягу к прекрасному очень тяжело изучать на уровне конкретных нейросетей и нейромедиаторов. А вот потребность в еде, размножении, безопасности исследовать гораздо легче. Все эти нужды можно смоделировать на животных, и, конечно, эти сферы более изучены.
Вся эта «биология» генетически встроена в мозг. Область потребностей – это исходные программы, которые «предустановлены» в наш мозговой компьютер, и без их реализации мы вообще не можем полноценно функционировать. Когда человеку удается удовлетворить ту или иную потребность, он испытывает положительные эмоции. А если не удается – отрицательные. Вы, наверное, тоже раздражены, когда очень голодны? Люди, впрочем, как и животные, строят свою жизнь так, чтобы чаще испытывать позитивные чувства и реже – негативные.
Потребности – это маяки, которые ведут нас по жизни. А эмоции, которые возникают на фоне их удовлетворения или неудовлетворения, являются основой для обучения.
Когда вы сделали что-то правильное и получили желаемое, вы ощущаете, как это нынче говорят, «позитивные вибрации». На фоне подобных эмоций мозг запоминает: «Ага! Для того чтобы поесть этих вкусных пельмешек, надо их купить и сварить». А если не удалось удовлетворить потребность, эмоции у нас отрицательные. На этом фоне мозг фиксирует: «Не стоит сыпать так много соли и переваривать пельмешки. Невкусно».
Существует цепочка: потребность → эмоция → обучение. Эта цепочка все время функционирует в нашей нервной системе и является важнейшим компонентом психической деятельности.
Сферой потребностей физиологи и психологи занимаются очень давно. И то, что нейробиологи сейчас называют «потребность», довольно точно совпадает с тем, что Иван Петрович Павлов в свое время называл группы безусловных рефлексов. Термин Зигмунда Фрейда[1] бессознательное тоже явно пересекается со сферой потребностей.
По-настоящему серьезные и точные научные знания о потребностях появились только во второй половине XX века. Процесс изучения продолжается по сей день. В XXI веке разработаны новые технологии, позволяющие «входить» в мозг и смотреть, как работают отдельные нервные клетки, как те или иные химические вещества воздействуют на различные наши нужды. Влияние потребностей на нашу жизнь так велико, что можно смело сказать – именно они правят миром. Ведь на них построено абсолютно все – от распорядка нашего дня до маркетинговых стратегий крупных корпораций.
Классификация потребностей
Самая известная психологическая классификация наших нужд была предложена американским исследователем Абрахамом Маслоу[2]. Он выделил следующие типы потребностей:
• физиологические – в пище, питье, воздухе;
• в безопасности – физической и психологической;
• социальные – любовь, причастность к группе;
• в уважении, признании – статус, престиж;
• духовные – наиболее многообразны, к ним относятся: когнитивные (знать, понимать, исследовать), эстетические (гармония, справедливость, красота) и самореализация (реализация способностей, развитие личности).
При этом А. Маслоу, как всякий психолог (или, например, философ), занимаясь такого рода обобщениями, исходил прежде всего из своего личного представления о потребностях человека и немного – из мнений своих коллег.
Физиологи же стараются действовать менее субъективно. В идеале они сперва находят нервные клетки, которые отвечают за ту или иную потребность, и лишь потом говорят: «Да, она действительно существует». Только тогда, когда найдены нейроны, отвечающие за возникновение чувства голода, материнское поведение или стремление сопереживать, можно считать окончательно доказанным, что такая потребность имеет место как базовая биологическая программа. В нашей книге мы используем именно такую, физиологическую классификацию потребностей, предложенную Павлом Васильевичем Симоновым. П. В. Симонов – академик, физиолог. Долгое время он был директором московского Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии. Ученый всю жизнь работал на стыке психологии и физиологии, сформулировал ряд интереснейших, оригинальных концепций в сфере потребностей, мотиваций, эмоций. Студентом я слушал его лекции, поэтому считаю себя хотя бы отчасти, но учеником Павла Васильевича.
П. В. Симонов предложил разделить все биологические потребности на три типа: витальные, зоосоциальные и потребности саморазвития. Классификация Симонова физиологична, она основана на данных о нервных центрах мозга, о тех нейромедиаторах, которые работают, когда мы ощущаем голод, тревогу, радость, агрессию.
Витальные потребности
Первая группа – наши витальные нужды, от слова vita – «жизнь». То есть это жизненно необходимые потребности, без которых невозможно само наше существование. И если они не будут реализоваться, то организм просто умрет. Прежде всего, это потребность в еде, питье и безопасности (оборонительное поведение).
Анализ показал, что в нашем мозге отдельно существуют центры, связанные со страхом, которые активируются, когда мы удовлетворяем нашу необходимость быть в безопасности, убегая от разъяренной осы или жены со скалкой или хотя бы прячась от нее в кустах. И отдельно существуют центры активно-оборонительных реакций – агрессии, которые вступают в дело, когда уже мы нападаем на источник неприятностей. Это разные нейроны, хотя они находятся в гипоталамусе совсем недалеко друг от друга.
Кроме того, с витальными потребностями связаны все процессы, происходящие в организме для того, чтобы он нормально функционировал. Постоянная температура тела, кровяное давление, дыхание, сон и бодрствование, опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Сюда же относятся программы, с помощью которых мы экономим силы, – так называемые программы лени.
В группу витальных потребностей попадает и так называемый груминг – уход за телом: вычесывание, вылизывание, умывание. Термин «груминг» происходит от английского «уход за лошадьми», но те, кто занимается поведением животных, распространили это понятие вообще на любой уход за телом. Конечно, если человек не будет принимать душ и чистить зубы, то он не умрет так быстро, как, скажем, без воды или без воздуха. Но в конце концов он все равно покроется паразитами, грязью и погибнет. Поэтому умывание и гигиена – это очень важно; об этом всех в детстве предупреждал еще Мойдодыр – умывальников начальник и мочалок командир.
При этом надо понимать, что за каждым упомянутым выше словосочетанием – «пищевое поведение», «активно-оборонительные реакции», «программы экономии сил» и подобными – на самом деле стоят десятки, сотни программ, характерных для мозга человека, птицы, рыбы, насекомого. Получается, что все потрясающее разнообразие поведенческих ситуаций базируется на работе определенных нейронов и нервных центров. В каждой группе мы видим и очень простые реакции. Например, глотание, слюноотделение – это примитивное пищевое поведение. А вот действия пчелы, которая строит шестигранные соты, – очень сложная врожденная программа. Паук, плетущий паутину, тоже активирует совсем не простую установку, причем также заложенную в его мозг при рождении. Все это разнообразие программ очень интересно исследовать. Изучение даже существенно более простого мозга, чем наш, той же пчелы, виноградной улитки или дождевого червя, дает массу принципиально важной нейрофизиологической информации. И поняв ее, мы можем разбираться с нервной системой человека гораздо эффективнее.
Зоосоциальные программы
Вторая группа установок – зоосоциальные. Несложно понять, о чем здесь идет речь, достаточно убрать корень «зоо»: это программы, связанные с взаимодействием особей одного вида (внутривидовое взаимодействие).
Прежде всего, конечно, это размножение. Природа определила эту задачу как сверхважную, ведь если организм не оставил потомства, то с точки зрения биологии его жизнь прошла зря, потому что гены не переданы следующим поколениям. А природу, эволюцию, в конце концов, волнует только это.
За размножением следует уход за потомством. Это тоже важнейшие программы материнско-детского взаимодействия. Не зря девочки с детства играют в дочки-матери.
Еще мы стремимся лидировать в стае, подражать, хотим занять и защищать (удерживать) территорию. К этому типу потребностей также относятся реакции сопереживания — перенос на себя эмоций, испытываемых другой особью, при помощи особых – зеркальных – нейронов. В современном обществе мы называем это эмпатией.
Все перечисленные программы находятся в нашем мозге от рождения. Это такой «предустановленный софт». Но, конечно, в случае отдельно взятого человека степень его важности (значимости той или иной потребности) определяется индивидуально. «Параметры установки» зависят от родительских генов, гормонального фона, жизненного опыта. В итоге для кого-то очень важной оказывается, например, агрессия, и это помогает стать чемпионом мира по боксу. Для кого-то – страх, для кого-то – родительское поведение. А для кого-то – лидерство, и такой человек порой способен вести за собой миллионы.
Из всего этого набора возникает основа личности, в том числе ее темперамент. Личность и темперамент в значительной степени определяются базовой инсталляцией значимости каждой из потребностей в уникальном мозге конкретного человека.
Люди разные еще и потому, что каждой индивидуальной и уникальной нервной системе присущи разные уровни тех или иных потребностей.
Все это создает разнообразие человеческого поведения, а отчасти – его непредсказуемость. И это к лучшему – ведь иначе наше общество сплошь состояло бы из стандартизированных роботов.
Потребности саморазвития
Третья группа нужд, которую выделил П. В. Симонов, – потребности саморазвития. Он писал, что это потребности, которые «направлены в будущее». В тот момент, когда вы реализуете соответствующее поведение, не очень понятно, зачем вы это делаете. Но если набраться терпения, то через час, а может, через неделю или месяц станет ясно: «Так вот для чего эта установка существует и претворяется в жизнь!».
Самым очевидным примером класса подобных программ является исследовательское поведение, сбор новой информации. Она точно так же, как и еда, безопасность и забота о потомстве, радует наш мозг.
Исследовательское поведение – важнейший компонент жизни человека. Наш мозг очень любопытен и получает положительные эмоции, когда узнает что-то новое, даже если это знание понадобится очень нескоро или даже окажется бесполезным. Именно поэтому мы иногда обнаруживаем себя в три часа ночи читающими в интернете о миграции антилоп или причинах распада Римской империи.
Подражательное поведение – делай как родитель, как сосед по парте, как вожак. Следуй примеру – и будет тебе счастье. Здесь работают зеркальные нейроны, повторяющие движения (иные, чем в случае сопереживания). При этом в момент повторения мы не всегда знаем, зачем нам это нужно. Но эволюционный опыт показывает: скорее всего, это полезное действие. Если мама-мартышка аккуратно переходит ручеек по камушкам, скорее всего, идти по воде опасно – и детенышу ради выживания следует поступить так же.
К программам саморазвития еще относятся установки, связанные со свободой, или, как писал И. П. Павлов, с рефлексом свободы. Мы с трудом переносим, когда кто-то ограничивает наше передвижение. Для этого вас не обязательно должны приковать наручниками к батарее, достаточно, например, оказаться заблокированным на парковке. Наш «биологический» мозг, заглядывая в будущее, говорит: борись, освобождайся, иначе умрешь от голода, жажды или тебя съест хищник.
Игровое поведение, связанное с удовольствием от движения, также входит в число потребностей саморазвития. Котенок бегает за бумажкой, а козленок скачет как угорелый. Зачем? Они тренируются перед вступлением в большую жизнь, потому что котенку предстоит охотиться на мышку, козленку – спасаться от волка. Животные об этом не знают, но врожденная программа наперед формирует их двигательные навыки, и сама эта тренировка опять же связана с положительными эмоциями.
Не удивляйтесь, когда какой-нибудь мальчик Петя трех лет залезает на табуретку и спрыгивает с нее, залезает и спрыгивает – и так 50 раз подряд. Постарайтесь не раздражаться и не ругать его, а подумайте, зачем ребенок это делает? «За надом!» – ответит вам Петя. Ему приятно (черная субстанция выделяет дофамин), и при этом тренируется его мозг: мозжечок формирует двигательные навыки. Взрослый человек это уже умеет, и предложение сына – «Папа, давай попрыгаем!» – у великовозрастного дяди вызывает глубокое недоумение: «Я что, дурак? Я это и так умею, зачем мне сейчас прыгать?». Хотя если у человека мозг с активным игровым поведением, он с удовольствием и побежит, и запрыгает. Знаете, есть такой чудесный тип взрослых людей, для которых любое движение действительно всерьез значимо. Они даже в солидном возрасте продолжают ходить в походы, на танцы, кататься на роликах. И чувствуют себя при этом абсолютно счастливыми!
Центры потребностей
Главными центрами биологических потребностей являются гипоталамус и часть структур, относящихся к базальным ганглиям. В базальных ганглиях – не только двигательные нейросети, работающие вместе с мозжечком. Около 20 % нейронов этой области связаны с обработкой потребностей и эмоций. Важнейшая из них называется миндалиной. Миндалина – парное скопление нервных клеток, которое находится в глубине височных долей мозга. Она сообщает в ассоциативную лобную кору: «Хочу то, хочу се, вот это хочу!»
Гипоталамус вместе с миндалиной образуют замечательную пару, которая отвечает за большинство биологических потребностей и генерирует их.
Как мы вообще начинаем в чем-то нуждаться, от чего зависит уровень потребностей? От того, что мы видим во внешней среде, от сигналов самого организма, гормонов, генетических факторов. Различные ядра гипоталамуса отвечают за разные наши нужды.
Если мы говорим про голод и жажду, тут ведущую роль играет средняя область гипоталамуса. Когда речь идет о половом и родительском поведении, здесь гипоталамус (его передние ядра) тоже главный, но миндалина его контролирует и не дает зашкаливать этим потребностям, не позволяя нам скатиться в маниакальные одержимости. А так бы распоясались! Задняя часть гипоталамуса работает со страхом и агрессией, но в данном случае под четким управлением миндалины – та запускает эти программы, а гипоталамус в основном уже реализует реакции внутренних органов и эндокринные ответы на появления стресса. То самое усиленное потоотделение, спазмы кишечника и прочие «прелести», возникающие, когда мы нервничаем.
Глава 2. Мозг и еда. Пищевое поведение
Пищевые рефлексы
Как правило, когда физиологи говорят о потребностях, они подразумевают, что за каждой из них стоит конкретная нервная структура. Это позволяет взглянуть на ситуацию объективно, что и требуется от качественного, доказательного естественно-научного исследования.
Согласно П. В. Симонову, потребность в еде относится к классу витальных – тех, без которых мы не сможем физически существовать. Эта постоянная необходимость съесть что-нибудь связана с центрами голода, пищевого насыщения, гормонами, которые на них влияют. Попробуем разобраться, как мозг взаимодействует с пищей и почему же большинство из нас так любит поднять себе настроение какой-нибудь вкусняшкой.
Пищевое поведение – одно из самых базовых. Понятно, что если мы не будем питаться, во-первых, для получения энергии, во-вторых, для построения тела, то у нас очень быстро возникнут проблемы. Вначале появляются симптомы недостатка энергии, организм говорит: «У меня кончилась глюкоза, топливо на нуле, нужно что-то срочно съесть». Если ничего не предпринимать, появятся и другие негативные симптомы. Можно, конечно, «распечатать заначку» с жирами, но наше тело делает это крайне неохотно, предпочитая требовать от мозга углеводы.
Голод и желание поесть – это то, что сопровождает нас всю жизнь. Так же как в случае других биологических нужд, удовлетворение пищевой потребности дарит нам положительные эмоции, причем сильные и надежные.
Если наше поведение не привело к успеху и организм не смог добраться до пищи, вполне очевидно, что мы получим порцию плохого настроения. Те поведенческие программы, которые привели к неудаче, приобретут минус в рейтинге («минус 10 очков Слизерину»), и далее по ходу жизни наш мозг будет выбирать их с меньшей вероятностью. Элементарный пример: вы пошли в какое-то кафе, а там вам принесли слегка подтухший липкий салат и суп, в котором плавает муха. В другой раз вы десять раз подумаете, стоит туда идти или нет. Еще и отрицательный отзыв напишете.
Человечество за тысячелетия своего существования изобрело много интересного и важного, связанного с едой. Прежде всего это древнейшее искусство кулинарии. Если рассчитать ваши месячные расходы, наверняка получится, что на еду вы тратите гораздо больше денег, чем на музеи, концерты и покупку книг. Кто-то чаще ходит в рестораны, кто-то заказывает доставку роллов, а кто-то и сам любит сварить борщ и пожарить котлет. Но все это говорит об огромной значимости пищевых программ.
При рассмотрении каждого центра биологических потребностей очень важен врожденный компонент. В случае пищевых программ наблюдается интересная ситуация: здесь человек в ряду отстающих. Мы, с нашим сложным мозгом, на врожденном уровне обладаем минимальным количеством соответствующей информации. И наша нервная система больше заточена на обучение в процессе жизни, чем на базовые установки, данные нам с рождением. Когда человек появляется на свет, его мозг в отношении знаний о еде почти «пуст», он содержит незначительное количество врожденных программ, связанных с едой. Конечно, младенец умеет сосать мамину грудь, глотать, выделять слюну, но это почти ничто по сравнению с тем, что умеют, например, пчела или паук. Паук врожденно способен плести сеть, пчела – строить соты. В мозге у этих членистоногих примерно 100–200 тысяч нейронов. Всего-то! И тем не менее на этих не очень больших нейросетях (а у нас с вами нейронов около 90 млрд) записаны врожденно заданные программы колоссальной сложности. Это говорит о том, что нейросеть обладает очень большой информационной емкостью.
Удовлетворение потребностей происходит за счет того или иного поведения.
Самый простой тип поведения – рефлексы (реакции на стимулы).
Стимул, как известно, вызывает ответ, реакцию.
В простейшем случае, для того чтобы удовлетворить потребность в еде, нужно реализовать пищеварительный рефлекс. Такие рефлексы запускаются вкусовыми, тактильными, обонятельными, зрительными стимулами. Представьте: вы идете по улице, и тут ваши ноздри улавливают запах свежеиспеченных пончиков – маслянистых, посыпанных сахарной пудрой… Скорее всего, слюнки потекут, даже если вы не очень любите пончики и считаете их вредным фастфудом.
В мозге – как разных животных, так и в человеческом – можно найти врожденно установленные, сформированные цепочки нейронов – рефлекторные дуги. Прикосновение к губам младенца вызывает сосательный рефлекс – он тут же начнет причмокивать. А если на язык ему капнуть чем-нибудь горьким или кислым, например лимонным соком, то он станет отменно плеваться. То, что младенец отлично умеет, с одной стороны, сосать мамину грудь, а с другой – плеваться (умудряясь еще орать при этом, как будто вопрошая: «Родители, что за гадость вы мне подсунули?»), показывает, насколько это важные врожденные программы поведения.
Если мы посмотрим на мир животных, то подобных рефлекторных дуг – когда от стимула возбуждение по цепочке нейронов доходит до движения, до реакции внутренних органов – обнаружим очень много. При этом важно, какую конкретно пищу ест существо того или иного биологического вида. Поэтому на входе в пищевые программы у хищников, у растительноядных или насекомоядных находятся весьма разные органы чувств. Вначале часто срабатывают так называемые дистантные сенсорные системы, которые издали, на дистанции идентифицируют потенциальную пищу. Животные видят, чуют или слышат свою добычу.
Например, родиться самцом соловья, кузнечика или лягушки в нашем мире довольно рискованно. Если вы в любовном порыве поете, стрекочете или квакаете – тем самым выдаете свое местоположение. На это у многих хищников, например у проходящего мимо кота, срабатывают врожденные рефлекторные дуги: «Ага, еда сама о себе сообщает!». Это все равно что запустить рекламную кампанию «Съешь меня!».
Когда хищник схватил добычу, когда коза дотянулась до ветки с листьями, у них начинают функционировать контактные сенсорные системы, первым делом – тактильная. Необходимо потрогать, что досталось, похоже ли это на настоящую еду. А в конечном итоге добро дает вкусовая система. Вкус – это последний контроль качества и химического состава пищи и, соответственно, момент окончательного решения – съедобная или несъедобная эта штука, которая уже находится в ротовой полости.
Членистоногие, например бабочки, часто настроены на определенный вид пищи. Будучи гусеницей, бабочка запоминает вкус и запах того растения, которое ест. После чудесного преображения бабочка старается отложить яйца на такое же растение. Получается, что она идентифицирует свою пищу по памяти, то есть уже у членистоногих существует своеобразный аналог культурной передачи информации.
У рыб все тело покрыто вкусовыми рецепторами. У рыб-хищников рефлекс схватывания добычи очень ярко выражен. Например, щука реагирует на зрительный образ жертвы, прекрасно детектирует движение и рассчитывает траекторию броска. Она подплывает, подплывает, а потом кидается на свою жертву с полуметра. Щука ест все, что шевелится в воде. Если поместить в одну банку щучку и несколько других рыбок, то через небольшой отрезок времени в банке останется только щучка. И часто хвост последней рыбки, уже не поместившейся в желудок, будет торчать у нее изо рта. Щучка ничего не может с собой поделать, потому что нападение и глотание – ее важнейшая врожденная программа. Так что не стоит лишний раз болтать ногой в водоеме, где водятся крупные и хищные рыбы. И рыбаку палец в рот щуке совать не стоит: желание, как в сказке, она все равно не исполнит.
У нас почти все вкусовые рецепторы собраны в ротовой полости, хотя часть из них расположена еще и по ходу желудочно-кишечного тракта. Человеческий детеныш врожденно очень мало что знает про свою еду. Визуально молоко он не идентифицирует, но на вкус определит как что-то сладковатое и белковое. У младенца работают тактильные рецепторы вокруг губ и вкусовая система. А дальше запускается сосательный рефлекс. Замечательные пухлые младенческие щечки – это на самом деле мышцы, которые нужны для того, чтобы высасывать молоко – прекрасный источник энергии и питательных веществ – из материнской груди. У младенцев этот рефлекс работает надежно к всеобщей радости и умилению.
Рефлексы – очень интересная сфера и, если идти по этапам эволюции (филогенезу) – говорить о червях, моллюсках, членистоногих, разнообразных позвоночных, – можно подобрать сотни примеров рефлекторного пищевого поведения.
Рефлексы являются самым «поверхностным» и легко наблюдаемым уровнем деятельности нервной системы.
Но более сложные проявления пищевого поведения, конечно, связаны с внутренним состоянием мозга. Уже в XVII веке величайший французский ученый и мыслитель Рене Декарт, который первым описал рефлекторный принцип работы мозга, отмечал, что поведение человека – это не одни рефлексы. Если копнуть чуть глубже, мы обнаружим круг явлений, попадающих в сферу работы центров потребностей, активируемых эндогенно, то есть изнутри организма.
Наличие запускающего внешнего стимула в такой ситуации оказывается даже не обязательным. Мы можем убрать сенсорное звено, оставить только вставочные нейроны (интернейроны), которые, собственно, и принимают решение о запуске разных реакций. Потребность возникает тогда, когда внутри мозга нарастает некое состояние, например чувство голода.
Одно дело – вы увидели конфету и тут же запихнули ее в рот, даже если есть вам совсем не хочется. Это рефлекс на «вкусняшку», причем возникший в ходе обучения. И совсем другое дело – когда внутри организма происходит активация потребности и кора больших полушарий начинает снизу, из гипоталамуса, получать сигналы типа: «Мне есть хочется, я голоден, давай хоть что-нибудь пожуем». В какой-то момент эта потребность завладевает поведением, и мы начинаем думать, осталась ли в холодильнике колбаса и надо ли в магазин за хлебом. Причем активация центра потребности зависит от гормонального фона и сигналов от внутренних органов.
Часть процессов активации тоже вписывается в понятие рефлекторных дуг. Например, сигналы от пустого желудка можно воспринимать как особого рода сенсорные стимулы, которые рефлекторно усиливают пищевое поведение. Запуск действия изнутри организма (сигналами от системы внутренней чувствительности) – очень характерный компонент работы центров многих потребностей.
Классификация П. В. Симонова включает примерно два десятка разных потребностей. А наш мозг – арена конкуренции поведенческих программ, соответствующих этим потребностям. Внутри нас (точнее, внутри миндалины и ассоциативной лобной коры) в каждый момент времени они выясняют, кто главнее. Если вы пришли послушать чью-то лекцию, то, наверное, любопытство у вас в тот момент являлось ведущей потребностью (по крайней мере, на это всегда надеется спикер), но в какой-то момент вам захочется есть, спать или в туалет, и тогда начнут проявлять себя уже другие программы. Вы вспомните, что в рюкзаке у вас завалялась шоколадка, и сосредоточиться на теме лекции будет уже сложнее.
Конкуренция потребностей – дело обычное. Понятно, что пищевое поведение выигрывает конкуренцию, когда очень хочется есть. Но когда желудок наполнен и больше не лезет, оказывается, что свобода, новизна впечатлений, общение с друзьями – тоже значимы, и золотая клетка с массой вкусненького уже не радует…
Как уже упоминалось, центры различных потребностей в мозге каждого из нас установлены с неодинаковой яркостью. Это зависит от ДНК родителей, от ряда пренатальных событий, эпигенетики, гормонов и т. д., и все это является основой нашей личности и проявлений темперамента.
Кто-то более свободолюбив и ставит независимость превыше остального. Для кого-то очень важно быть лидером и завоевывать авторитет. Кто-то более любопытен и с детства штудирует энциклопедии «Все обо всем», предпочитая книги дворовому футболу. В итоге возникает некое уникальное сочетание разных потребностей, уникальный сложный баланс двух десятков базовых программ, во многом являющийся основой нашей личности. От этого сочетания зависит не только темперамент, но и способность к обучению, адаптации к окружающей среде, выбор профессии, круга общения, а в итоге – всего жизненного пути.
Центр пищевой потребности, центр голода
Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в относительно новых с точки зрения эволюции зонах. Например, это нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны.
Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда необходима абсолютно всем и всегда. Мы не можем питаться «энергией солнца» и «святым духом», что бы ни говорили самые просветленные йоги и монахи-отшельники. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы не способны существовать. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода – они как минимум усиливают двигательную активность. Например, если червяку стало голодно (во внутренней среде его организма уменьшилась концентрация питательных веществ), он начинает бодрее ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.
Рис. 2.1. Схема поперечного среза головного мозга человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)
В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней половине промежуточного мозга, а точнее в его средней части
1 Зигмунд Фрейд (1856–1939) – знаменитый австрийский психолог, психоаналитик, психиатр и невролог. Основатель психоанализа. Его труды оказали значительное влияние на психологию, медицину, социологию.
2 Абрахам Маслоу (1908–1970) – американский психолог, основатель гуманистической психологии. В упрощенном виде его идеи представлены в форме пирамиды Маслоу – диаграммы, изображающей иерархию человеческих потребностей.
Скачать книгу