«Как работает мозг». Глава из книги

Глава первая. Вырисовывающийся ландшафт

Головной мозг человека состоит из многих частей, и у каждой свои функции: превращение звуков в речь, обработка информации о цвете, формирование страха, распознавание лиц или различение рыбы и фруктов. Но это не застывший набор компонентов: мозг каждого из нас уникален, он постоянно изменяется и тонко чувствует окружающую среду. Входящим в его состав модулям свойственны как независимость, так и постоянное взаимодействие друг с другом. Их функции не закреплены за ними жестко, и порой один участок может взять на себя работу другого, либо, в результате сбоя генетической программы или изменения окружающей среды, может вообще не сработать. Активностью мозга управляют токи, химические вещества и загадочные колебания. Не исключено даже, что на нее влияют квантовые эффекты, искажающие ход времени. Все системы мозга связаны в единую динамичную надсистему, параллельно делающую миллионы разных дел. Может быть, она настолько сложна, что никогда не сумеет полностью постичь саму себя. Но она продолжает пытаться.

Пожалуйста, притроньтесь пальцем к загривку. Двигайте палец вверх и вбок, и вы дойдете до шишки, образуемой основанием черепа. Пощупайте ее. Франц Галль, основоположник френологии, утверждал, что под этой выпуклостью располагается «орган эротизма» (свойства, лежащего в основе сексуальных ощущений). Теперь передвиньте палец на два-три сантиметра вверх, в сторону темени. Здесь, по Галлю, находится «орган агрессивности». По убеждению Галля, у людей добродушных и миролюбивых этот второй участок должен быть не таким выпуклым, как первый. Но не стоит беспокоиться, если шишки не соответствуют вашему самовосприятию. Галль выделил свой «орган эротизма», отыскав самый теплый участок головы у двух недавно овдовевших и «эмоциональных» молодых женщин, а «орган агрессивности» — отметив малые размеры соответствующего участка у «большинства индусов и цейлонцев». Его методы были сомнительными даже по меркам начала XIX века.

Попытки определять свойства характера по шишкам на голове в любом случае были бессмысленны, потому что мягкие ткани мозга человека обычно не влияют на форму его черепа. Но Галль ошибался не во всем. Пощупайте еще раз собственный череп, на этот раз чуть впереди и слева от темени. Здесь, по Галлю, располагается «орган веселости». Несколько лет назад хирурги с медицинского факультета Калифорнийского университета изучили воздействие слабого электрического тока на участок левого полушария мозга 16-летней девушки, расположенный в этой области черепа.

Пациентка страдала тяжелой формой эпилепсии, и описанная стимуляция проводилась в ходе стандартной процедуры, позволяющей определять местоположение очагов распространения эпилептического припадка для их последующего удаления. Девушка пребывала в сознании, и когда ей начали стимулировать указанный участок коры головного мозга, она стала смеяться. Это была не какая-нибудь бессмысленная гримаса, а настоящее радостное хихиканье, и когда хирурги спросили, что ее развеселило, она ответила: «Вы такие смешные — стоите тут вокруг меня!» Врачи повторили воздействие, и на этот раз девушка нашла что-то смешное в картинке, на которую упал ее взгляд (там была изображена обыкновенная лошадь). В третий раз ей показалось смешным что-то еще. Судя по всему, хирурги нашли участок мозга, способный вызывать веселье в любых, даже самых неподходящих обстоятельствах. Галль почти двумя столетиями раньше отметил тот же участок как «орган веселости» по чистой случайности. Но идея, положенная им в основу своей теории, — что головной мозг состоит из модулей, выполняющих разные функции, — давно подтверждена наукой.

По иронии, развенчание френологии было связано как раз с открытием настоящих модулей головного мозга. К концу XIX века европейские университеты охватило повальное увлечение биологической психиатрией, и неврологи начали заниматься локальной электрической стимуляцией и экспериментами по удалению участков мозга у животных, выясняя, какие области мозга за что отвечают. Многие из важнейших ориентиров были намечены уже в эту начальную эпоху картирования работы мозга, в частности, неврологи Поль Брока и Карл Вернике открыли речевые зоны. К сожалению френологов, эти зоны были обнаружены сбоку, над ухом и возле него, в то время как по Галлю «орган речи» должен был располагаться строго в районе глаз.

Речевые зоны, выявленные Брока и Вернике, по сей день носят их имена. Если бы ученые начала XIX века продолжили поиски функциональных участков мозга, сегодняшние схемы его строения пестрели бы именами других давно покойных людей, а не скучными ярлыками (такими как «первичная слуховая кора», «ДМО» или «зона V₁»), которыми теперь принято обозначать выявляемые в мозге области. Но научное картирование мозга вышло из моды вместе с френологией, и модульная теория его строения была во многом отвергнута учеными в пользу теории «массового действия», согласно которой сложные формы поведения порождаются совместной работой всех клеток мозга.

На первый взгляд, середина XX века была неподходящим временем для тех, кто стремился использовать физические методы для лечения психических заболеваний или влияния на поведение. И все же психохирургия в то время процветала. В 1935 году лиссабонский невролог Антониу Эгаш Мониш узнал об экспериментах, в ходе которых агрессивным, беспокойным шимпанзе перерезали определенные волокна в лобных долях мозга. После этой операции, которую назвали лейкотомией, животные становились спокойными и дружелюбными. Эгаш Мониш поспешил провести эту операцию людям, страдающим похожими нарушениями, и добился тех же результатов. Фронтальная лейкотомия (на основе которой впоследствии была разработана более радикальная фронтальная лоботомия) быстро сделалась одной из стандартных методик, применяемых в психиатрических больницах, и в 40-х годах только в Америке было проведено не менее 20 тысяч подобных операций.

Применявшийся в то время в нейрохирургии подход с современных позиций кажется на редкость безрассудным. Его использовали для лечения чуть ли не любых психических расстройств, таких как депрессия, шизофрения или маниакальный синдром, хотя никто еще понятия не имел, что именно вызывает симптомы этих недугов и почему перерезание волокон в мозге должно помогать больным. Разъездные хирурги курсировали от больницы к больнице, возя с собой в машине свои инструменты, и за утро делали аж по дюжине таких операций. Один из них описывал свою методику так: «Проще простого. Беру инструмент вроде ножа для колки льда... пробиваю кость над самым глазным яблоком, ввожу инструмент в мозг, верчу, разрезая нервные волокна, и дело с концом. Пациент при этом не чувствует ровным счетом ничего».

Фронтальная лейкотомия предполагала перерезание волокон, связывающих область бессознательных реакций, где вырабатываются эмоции, с областью коры, где они вызываются в сознании.

К сожалению, некоторые пациенты не просто ничего не чувствовали во время операции, но и на всю оставшуюся жизнь сохраняли притупленность чувств и странную невосприимчивость к окружающему, из-за которой производили впечатление полуживых. Более того, эта операция не всегда позволяла избавить больного от агрессивности: сам Эгаш Мониш погиб от пули одного из своих пациентов, которому он сделал лоботомию.

Может быть, распространенное в середине XX века увлечение перерезанием волокон в мозге скорее облегчало страдания, чем причиняло их, но у врачей оно породило чувство крайней обеспокоенности, а у людей, далеких от медицины, — сохраняющееся и по сей день подозрительное отношение к психохирургии. В 60-х годах, когда были разработаны эффективные психотропные препараты, от применения хирургических методов лечения психических заболеваний почти полностью отказались.

В наши дни идея менять поведение людей и лечить психические расстройства путем непосредственных манипуляций с мозгом вновь становится востребованной. Однако на сей раз в основу подобных вмешательств в работу головного мозга положены гораздо более глубокие представления о том, как функционирует этот орган. Современные технологии нейровизуализации, такие как функциональная магнитно-резонансная томография, позволяют исследователям изучать живой, работающий мозг. Сведения, которые им удалось получить, пролили свет как на психические заболевания, так и на природу наших повседневных ощущений.

Возьмем, например, боль. Исходя из общих соображений, можно предположить, что в мозге есть особый болевой центр, связанный, возможно, еще с одним участком мозга, отслеживающим ощущения, возникающие в пораженной части тела. На самом деле, как показывают данные томографических исследований мозга, болевого центра в мозге нет. Боль возникает в результате активации как участков мозга, связанных с вниманием и эмоциями, так и участков мозга, непосредственно задействованных в чувствительности. Если разобраться, что представляет собой боль в плане активности мозга, станет ясно, почему нам бывает гораздо больнее, когда мы пребываем в состоянии эмоционального напряжения, и почему мы нередко не замечаем боли (даже если организм весьма серьезно поврежден), когда наше внимание поглощено чем-то более важным.

Некоторые психические функции, представляющиеся нам простыми (например, боль), оказываются сложнее, чем можно было ожидать, а другие, производящие впечатление недоступных для понимания, на самом деле выглядят на удивление механистическими. Нравственные принципы, альтруизм, «духовный» и религиозный опыт, эстетическое чувство, даже любовь — все это считалось недоступным для научного изучения. Но теперь понемногу обнажаются физиологические корни этих таинственных явлений, и в некоторых случаях выясняется, что ими можно манипулировать путем простого прикосновения электрода к некоему участку мозга. Так, вживленные в мозг электростимуляторы могут избавить человека от ощущения мрачной безысходности, связанного с депрессией, прежде считавшейся чисто душевным недугом6, а также от навязчивых состояний, причем и в случаях, когда все традиционные средства оказываются бессильны7. Чувства освобождения от телесной оболочки, пребывания вне времени и даже трансцендентального опыта — все это можно вызывать искусственно, возбуждая определенным образом соответствующие участки мозга. Можно даже купить себе шлем, посылающий сквозь череп электронные волны, включающие и выключающие соответствующие нервные клетки, и позволяющий по желанию получать «интенсивный духовный опыт». Какими бы сомнительными ни казались рекламируемые таким образом свойства шлема, они основаны на данных серьезных научных работ. Результаты ряда новаторских исследований, которые с 80-х годов ведет канадский нейробиолог Майкл Персингер, показали, что нарушение электрической активности в мозге (особенно в районе височных долей) вызывает у большинства людей необычные субъективные состояния, в том числе ощущение отделения от тела и присутствия невидимого разумного существа. Все это свидетельствует, что такие чувства, как веселость, благоговение, любовь или ужас можно пережить независимо от внешних обстоятельств, с которыми их обычно связывают. Чтобы испытать влечение, не требуется предмета обожания, чтобы почувствовать страх, не требуется угроза, а чтобы ощущать духовное общение, не требуется присутствие сверхъестественных существ. Если подстегнуть мозг, он способен самостоятельно порождать любые, по сути, ощущения.

Как он это делает? Каким образом это объединение скоплений клеток и переплетений отростков, связывающих клетки, порождает ощущения, управляет всем нашим телом? Ощущения возникают из электрических разрядов, происходящих в клетках мозга — нейронах. Но разрядов в одном-единственном нейроне недостаточно даже для того, чтобы заставить веко дергаться во сне, не говоря уже об осознанном восприятии. Паттерны активности мозга, достаточно сложные, чтобы порождать мысли, чувства и восприятие, возникают лишь тогда, когда один нейрон возбуждает соседние, которые, в свою очередь, возбуждают следующие, и так далее.

Для возникновения даже ничтожнейшей из мыслей миллионы нейронов возбуждаются в унисон. Даже в состоянии покоя томограф демонстрирует сложнейший калейдоскоп наблюдаемой в мозге активности, характер которой постоянно меняется. Эта форма работы мозга «по умолчанию» связана с мечтами, самоанализом и раздумьями. При этом время от времени, если человек пытается решить в уме сложную задачу или испытывает сильные эмоции, у него «зажигается» весь мозг.

Любые входящие ощущения вызывают новые формы нейронной активности, иные из которых приводят к физическим изменениям, позволяющим воспроизводить эти формы активности в виде воспоминаний. Однако большинство образуемых такой активностью конфигураций существует лишь доли секунды, обрекая на забвение мимолетно воплотившиеся в них ощущения.

Сохраняющиеся конфигурации могут, в свою очередь, связываться с активностью других групп нейронов и запускать ее, формируя ассоциации (усвоенные знания) или совместно создавая новые понятия. Теоретически всякий раз, когда возбуждается определенная группа взаимосвязанных нейронов, это должно порождать один и тот же фрагмент мысли, чувства или неосознаваемой работы мозга, но на практике работа нашего мозга слишком непостоянна, чтобы та или иная форма его активности повторялась в неизменном виде. На самом деле в нем возникают похожие, но слегка видоизмененные конфигурации возбуждения. Наши ощущения никогда в точности не повторяются.

Воздействие чего-либо происходящего в окружающем мире на наши органы чувств меняет наше последующее восприятие этого явления, что, в свою очередь, влияет на реакцию наших органов чувств, меняя наше восприятие.

Каждое мгновение мозг реагирует на внешние стимулы небольшими вспышками новой активности, каждая из которых отличается характерной конфигурацией. Эта активность, в свою очередь, создает постоянно меняющуюся внутреннюю среду, на которую мозг также реагирует по-своему. В результате получается система с обратной связью, в которой происходят постоянные изменения.

Внутренняя среда мозга отчасти занята тем, что побуждает нас без конца искать новые стимулы и собирать информацию, особенно о событиях будущего. Сбор информации служит нам не только полезным руководством к действию, но и наградой: он вызывает в нейронах реакции, создающие у нас приятное чувство предвкушения9. Эта жажда информации составляет одно из фундаментальных свойств мозга и проявляется в наших самых базовых реакциях. Даже у людей с полностью разрушенными участками мозга, ответственными за поддержание сознания, взгляд может скользить по окружающему помещению, задерживаясь на движущихся объектах и отслеживая их перемещения. Движения глаз запускаются стволом головного мозга и свидетельствуют о работе сознания не больше, чем движения цветка, поворачивающегося к солнцу. Но, даже зная об этом, трудно избавиться от тяжелого ощущения, когда за тобой следит человек, который, в сущности, уже мертв.

Обратные связи между мозгом и окружающей средой дают нам отличнейший механизм самозагрузки. Компьютерные модели нейронных сетей показывают, что даже простейшая из них может за непродолжительное время достигать поразительных уровней сложности, если запрограммировать ее на воспроизведение выгодных для выживания конфигураций и избавление от невыгодных. Сходным образом развивается активность мозга каждого индивида.

Мозг развивается от задних отделов (в основном задействованных в работе органов чувств и движениях) к передним (задействованных в принятии решений, рассудочной деятельности и планировании). В ходе развития серое вещество истончается в результате подрезания лишних нейронов, но связи между оставшимися нейронами становятся все плотнее и надежнее за счет образования чехлов из жироподобного вещества миелина.
Справа внизу: По мере созревания мозга он становится все плотнее и образует сложную систему выпуклостей (извилин) и углублений (борозд).

Этот процесс, иногда называемый нейродарвинизмом, гарантирует закрепление конфигураций активности мозга, вызывающих мысли (а через них и формы поведения), полезные для успешного существования нашего организма, и угасание тех, что ему не полезны. Данная система работает не жестко (подавляющее большинство возникающих у нас в мозге форм активности не имеет никакого отношения к выживанию), но в целом, судя по всему, именно так мозг обзаводится способностью осуществлять свои ключевые реакции.

Некоторые из необходимых для этого инструментов заложены на генетическом уровне. Отдельные паттерны активности мозга (даже довольно сложные, вроде механизмов использования языка) наследуются в такой высокой степени, что лишь исключительные аномалии среды могут приводить к нарушениям их развития. Формы активации мозга, сопровождающие, скажем, припоминание того или иного слова, обычно оказываются настолько сходными, например, у десятка испытуемых, что при наложении результатов сканирования работы их мозга можно по-прежнему отчетливо наблюдать общую конфигурацию активности. Именно поэтому исследователи, занимающиеся картированием мозга, могут уверенно говорить о карте работы человеческого мозга в целом, а не только об индивидуальных картах.

Это не значит, что мы мыслим одинаково. Благодаря бесконечно сложным взаимодействиям наследственности и среды на свете нет двух людей с совершенно одинаковым мозгом. Даже генетически идентичные однояйцевые близнецы (клоны одного организма) появляются на свет с разным мозгом, потому что малейших расхождений в среде развития между зародышами оказывается достаточно для возникновения различий в устройстве мозга. В результате кора больших полушарий у близнецов заметно отличается уже в момент рождения, и ее структурная изменчивость неизбежно приводит к различиям в работе мозга. Более того, в момент рождения однояйцевые близнецы отличаются строением мозга даже сильнее, чем впоследствии, что заставляет предположить более сильное влияние генов на поздних этапах развития по сравнению с ранними. В итоге поведение близнецов по мере взросления может становиться не менее, а даже более похожим.

В ходе эмбрионального развития головной мозг возникает из расширения на переднем конце нервной трубки, из которой образуется спинной мозг. Основные отделы головного мозга, в том числе кора больших полушарий, становятся видны не позднее семи недель после зачатия, а к моменту рождения головной мозг младенца содержит уже примерно столько же нейронов (около ста миллиардов), сколько их у взрослого человека.

Однако нейроны в мозге младенца незрелы. Многие аксоны еще не покрыты миелином — своеобразной изоляцией, помогающей передавать по ним сигналы, а связи между нейронами пока немногочисленны. Поэтому обширные области мозга новорожденного, особенно в коре больших полушарий, еще не функционируют. Томографические исследования головного мозга младенцев показывают, что самые активные его области связаны с рефлексами (ствол мозга), чувствительностью (таламус) и движениями (ядра мозжечка).

Среда материнской утробы оказывает существенное влияние на формирование связей в мозге младенца. Дети наркоманок нередко появляются на свет зависимыми от наркотиков, а дети, рождающиеся у матерей, во время беременности потреблявших много чеснока или карри, охотнее других увлекаются острой пищей. Судя по всему, их вкусы формируются под влиянием остаточных компонентов пищи, попадающих в материнскую кровь.

Жизнь в утробе матери дает наглядные примеры неразрывной взаимосвязи генов и среды. Например, у зародыша мужского пола имеются гены, на определенных этапах его развития вызывающие в материнском организме выработку целого каскада гормонов, в том числе тестостерона. Увеличение содержания этих гормонов влияет на мозг зародыша, задерживая развитие одних его частей и ускоряя развитие других. Результатом этих изменений становится мужской путь развития мозга, обеспечивающий формирование мужского полового поведения. Этот путь также приводит ко многим характерным различиям между полами, таким как превосходство девочек в изучении языка и мальчиков в решении пространственных задач. Если мужской зародыш не подвергнется еще в утробе соответствующему воздействию гормонов, мозг с высокой вероятностью разовьется по женской модели, а если воздействию мужской последовательности гормонов подвергнется зародыш женского пола — то по мужской.

Нейроны развивающегося мозга, будто играя в некую подвижную игру, соревнуются друг с другом в поисках команды других связанных друг с другом нейронов, стремясь к ней присоединиться. Каждая клетка должна найти свое место в общей схеме, а если это у нее не получается, она подвергается безжалостному удалению (прунингу), умирая в результате апоптоза (программируемой клеточной смерти). Апоптоз обеспечивает усиление и упорядочивание связей между сохраняющимися нейронами незрелого мозга и не дает ему в буквальном смысле переполниться собственными клетками. За этот процесс «отсечения всего лишнего», при всей его принципиальной важности, порой приходится платить. В числе связей, утрачиваемых в результате его работы, могут быть и такие, которые дают нам те или иные интуитивные навыки, называемые дарованиями. Например, эйдетизм (фотографическая память) вполне обычен среди маленьких детей, однако он обычно исчезает за годы прунинга нейронов. Возможно, неполным апоптозом объясняется и синестезия — «перекрестные» связи, соединяющие ощущения одного типа (например, восприятие голубого цвета) с ощущениями другого (например, восприятие звука определенной высоты), в результате чего одно ощущение автоматически вызывает другое. Апоптоз, который, напротив, выходит из-под контроля и разрушает слишком много связей, считают одной из причин умственной неполноценности, сопровождающей синдром Дауна и аутизм. Возможно, именно поэтому у людей с синдромом Дауна повышена вероятность развития болезни Альцгеймера.

Путь к сознанию

Связи между нейронами в мозгу новорожденного довольно редки (вверху слева), но новые связи формируются у младенцев с потрясающей скоростью, достигая максимальной плотности примерно к шести годам. После этого они снова прореживаются за счет отмирания тех, что не используются, в результате чего остаются только те, что полезны. Обучаясь чему-то новому, взрослый человек может увеличивать число связей у себя в мозгу на протяжении всей жизни. Но если не давать мозгу работу, это приводит к дальнейшему исчезновению связей. Новые клетки мозга возникают на протяжении всей жизни (этот процесс называют нейрогенезом), и некоторые из новообразованных клеток встраиваются в уже существующие нейронные сети, особенно задействованные в работе памяти и обучении.

Головной мозг младенца содержит кое-что, чего нет в мозге взрослого человека. Например, в нем имеются связи между слуховой и зрительной зонами коры, а также между сетчаткой и той частью таламуса, в которую поступает информация о звуках. Эти связи, вероятно, и позволяют младенцам «видеть» звуки и «слышать» цвета. Иногда такие способности сохраняются у взрослых (синестезия). Младенцам свойственны бурные проявления эмоций, но те участки мозга, которые связаны у взрослых с сознательным переживанием эмоций, у новорожденных младенцев неактивны. Поэтому проявляемые ими эмоции могут быть бессознательными.

Выражение «бессознательные эмоции» может показаться парадоксальным: что такое эмоции, если не осознанные чувства? Но на самом деле сознательное переживание эмоций чем дальше, тем больше представляется лишь одним небольшим и иногда несущественным элементом системы механизмов выживания, работающих (даже у взрослых) преимущественно на бессознательном уровне.

Отсюда не следует, что травмы, полученные в раннем возрасте, вообще не имеют значения. Даже если бессознательные эмоции не вызывают осознанных ощущений, они вполне могут запечатлеваться в мозге не хуже, чем сознательные. Мы не помним ничего, что происходило с нами примерно до трех лет, потому что до этого времени гиппокамп (область мозга, связанная с формированием долговременной памяти) остается незрелым. Однако эмоциональные воспоминания могут храниться в миндалине — крошечной структуре в глубине мозга, по-видимому функционирующей уже у новорожденных21. От того, как с ребенком обращаются в первые годы жизни с характерной для них потерей памяти, может зависеть даже то, как будут функционировать его гены. Гены крысят, которых хорошо кормят, работают иначе, чем гены их однояйцевых близнецов, о которых заботятся хуже, так что в мозге благополучных крысят происходят изменения, ведущие к уменьшению тревожности. Результаты исследования клеток мозга взрослых самоубийц, в детстве ставших жертвами жестокого обращения, заставляют предположить, что подобные явления свойственны и людям.

По мере взросления продолжается миелинизация аксонов в мозге младенца, и все больше участков мозга оказываются «в сети». Теменные доли коры начинают работать довольно рано, обеспечивая ребенка интуитивным осознанием фундаментальных пространственных свойств окружающего мира. Игра, в которой взрослый закрывает и открывает лицо, увлекает младенцев, чья теменная зона уже работает, потому что, как им известно, закрытое руками лицо не может исчезнуть, но те модули мозга, что однажды позволят им понять, почему, еще незрелы.

Лобные доли по-настоящему «запускаются» примерно в шестимесячном возрасте, благодаря чему у младенцев наблюдаются первые проблески когнитивных способностей. К году лобные доли получают управление над устремлениями лимбической системы. Если предложить годовалому ребенку две игрушки, он выберет одну из них, а не будет пытаться схватить обе. Примерно до года младенцы представляют собой, по выражению одного специалиста по возрастной психологии, «устройства, подобные роботам»: их внимание можно привлечь едва ли не любым зрительным стимулом. После этого возраста у них формируются собственные жизненные планы (отнюдь не всегда согласующиеся с планами окружающих).

Речевые зоны становятся активными на втором году жизни. Зона, ответственная за восприятие речи (зона Вернике), «выходит в сеть» примерно после двенадцати месяцев жизни, а еще примерно через восемнадцать месяцев к ней присоединяется зона, ответственная за способность говорить (зона Брока). Так что в жизни маленьких детей есть непродолжительный период, в течение которого они понимают больше, чем могут сказать. Связанные с этим затруднения, возможно, играют немалую роль в приступах «вредности», характерных для двухлетних детей.

Примерно в то же время, когда активизируются речевые зоны, начинается интенсивная миелинизация префронтальной коры лобных долей. В этот период у детей развивается самосознание: ребенок больше не тычет пальцем в свое отражение в зеркале. А если мазнуть ребенка цветной пудрой, когда он смотрит на себя в зеркало, он просто сотрет этот мазок с лица, а не станет пытаться стереть его с зеркала, как бывает в более раннем возрасте. Самосознание предполагает возникновение внутреннего исполнителя — то самое «я», которое, по словам многих, ощущается как нечто существующее в голове.

Созревание некоторых участков мозга занимает многие годы. Например, ретикулярная формация, играющая важную роль в поддержании внимания, полностью миелинизируется обычно только к периоду полового созревания или позднее. Именно поэтому дети препубертатного возраста отличаются невысокой продолжительностью концентрации внимания. Лобные доли оказываются полностью миелинизированы только у вполне взрослых людей. Эти части мозга отвечают за мышление, рассудок и подавление эмоций, и до их созревания люди в целом больше руководствуются чувствами и меньше — разумом. В связи с этим молодые взрослые эмоциональнее и импульсивнее людей старшего возраста, они сильнее склонны к неоправданному риску и совершению преступлений в состоянии аффекта.

Человеческий мозг пластичнее всего в младенчестве. Из мозга младенца можно удалить целое полушарие, и система связей оставшегося полушария перестроится так, чтобы взять на себя функции их обоих. Обычно ей удается научиться делать даже то, на что в норме способно только другое полушарие. Однако по мере взросления работа мозга распределяется все жестче и дифференцируется все сильнее. К тому времени, когда мы становимся взрослыми, ландшафты головного мозга каждого из нас оказываются настолько своеобразными, что невозможно найти двоих, кто совершенно одинаково смотрел бы на одно и то же. Например, совместный просмотр фильма может вызывать у человеческой пары совершенно разные конфигурации нейронной активности, потому что эти двое будут обращать внимание на разные стороны того, что они видят, и ассоциировать наблюдаемое с какими-то своими мыслями и воспоминаниями. Например, она будет гадать, когда же мытарства влюбленных подойдут к счастливому концу и можно будет поужинать, а он будет тем временем вспоминать бывшую подругу, похожую формой верхней губы на симпатичную героиню фильма.

Именно поэтому эксперименты, которые проводят для выяснения того, какие участки мозга за что отвечают, приходится основывать на выполнении узкоспециальных задач, отличающихся искусственной жесткостью условий. В связи с этим испытуемые, которым приходилось, например, два с лишним часа лежать в позитронно-эмиссионном томографе, не делая ничего, кроме поднимания пальца в ответ на определенный сигнал, вероятно, не раз задумывались, какие открытия можно сделать благодаря этому скучнейшему занятию.

Подобные незатейливые упражнения позволили ученым сделать поистине удивительные открытия. Например, опыты с подниманием пальца, проведенные Крисом Фритом и его коллегами из Университетского колледжа Лондона, позволили выяснить кое-что, до недавнего времени казавшееся одной из вечных тайн жизни: установить источник самостоятельного принятия решений. Исследователям удалось это сделать, разработав методику, позволившую регистрировать в мозге испытуемого несколько процессов, которые, как было известно из предшествующих исследований, проявляются в виде определенных конфигураций активности в известных областях мозга. В данном случае испытуемых просили двигать конкретным пальцем в ответ на поступающий определенный стимул. Выполнение этого задания, как и ожидалось, сопровождалось активностью в соматосенсорной коре (когда стимул был тактильный) и в моторной коре (области, управляющей движениями). Затем задание дополнили элементом, работу которого ученые и пытались локализовать в мозге: произвольной деятельностью. Теперь вместо того, чтобы говорить испытуемому, какой палец поднять, исследователи оставляли этот вопрос на его усмотрение, регистрировали активность мозга, сопровождающую выполнение задания, и выявляли ее отличия от активности, сопровождавшей поднимание заранее определенного пальца.

Разница была налицо: как только участники эксперимента начинали сами принимать решения, «мертвая» область мозга оживала. Элегантная и осторожная постановка эксперимента почти не оставляла сомнений в том, что обнаруженная область мозга и есть та его часть, которая позволяет людям совершать действия по собственной воле.

Но может ли установленная конфигурация активности мозга, задействованной в принятии решения, какой из пальцев поднимать, пролить свет на принятие решений в запутанном и бесконечно более сложном мире, лежащем за стенами нейробиологической лаборатории?

Косвенно — может. Область мозга, в которой была обнаружена зона собственной воли, — это префронтальная кора, часть лобных долей коры больших полушарий, расположенная преимущественно под лобными костями черепа. Повреждения этой области нередко приводят к характерным нарушениям поведения, в том числе к масштабной потере способности к самостоятельному принятию решений. Классический пример — случай Финеаса Гейджа, железнодорожного рабочего, жившего в XIX веке и потерявшего немалую часть переднего мозга, когда в результате взрыва его голову насквозь пробил стальной стержень. Гейдж выжил, но превратился из целеустремленного, трудолюбивого человека в пьяницу и бродягу. Джон Харлоу, его лечащий врач, писал, что после перенесенной травмы Гейдж без конца изобретал планы различных предприятий, но каждый бросал, едва приступив к нему, и казался «по своим интеллектуальным способностям и поведению ребенком, вместе с тем отличающимся брутальной пылкостью сильного мужчины». Дамам советовали избегать его общества. Характерной особенностью нового состояния Гейджа была его полная неспособность контролировать свои поступки.

По-видимому, на этой дагерротипии (очень ранней разновидности фотографии) Финеас Гейдж. В течение многих лет ее владельцы, собиратели старинных изображений Джек и Беверли Уилгус, полагали, что на ней запечатлен переживший столкновение с разъяренным китом китобой с гарпуном в руках. Однако в 2008 году один историк встретил эту картинку в интернете и предположил, что на ней может быть изображен Финеас Гейдж, портреты которого ранее не были известны. Разыскания, проведенные после этого Уилгусами, показали, что это почти наверняка так и есть.

Но если способность к самостоятельному принятию решений заключена в особом фрагменте ткани мозга, значит, тем, кому ее не хватает, вероятно, просто не повезло, и их можно считать не более чем жертвами нарушения работы одного из модулей мозга. И разумно ли тогда осуждать тех из наших современников, кто ведет себя подобно Финеасу Гейджу? Стоит ли нам быть строгими к тем, кто не может преодолеть свою наркозависимость? Следует ли наказывать преступников-рецидивистов?

Новейшие открытия, касающиеся работы мозга, возобновляют давний спор об этих проблемах. Некоторые формы антиобщественного поведения определенно связаны с повреждениями мозга или нарушениями его работы. Вероятно, следует признать, что будущее скорее за манипуляциями с мозгом таких личностей, чем за практикуемыми сейчас наказаниями или попытками изменить их поведение путем убеждения или принуждения. Если вас передергивает от самой мысли об этом, задумайтесь, что мы делаем с такими людьми сейчас. Что хуже: искусственное изменение психики или длительный тюремный срок?

Как увидеть психику

В прилагаемом к одной из марок магнитно-резонансных томографов видеоролике, демонстрирующем правила техники безопасности, показан человек, который подходит к аппарату с металлическим гаечным ключом в руке. Когда он оказывается в паре шагов от томографа, рука, держащая ключ, внезапно вытягивается вперед: зажатый в ней ключ указывает прямо на притягивающий его прибор. Следующие несколько секунд напоминают эпизод из мультфильма: человек борется за ключ, как будто в другую сторону его тянет незримый противник. Человек приближается к аппарату, и ключ в его руке трепещет, как флаг в аэродинамической трубе, пока не начинает выскальзывать из стиснутых пальцев, устремляясь к входному отверстию томографа. Человек хватает ключ обеими руками и отклоняется назад, но явно не может его удерживать. Инструмент вылетает из рук, попадая в трубу аппарата, где врезается в специально поставленный кирпич. Сила удара столь велика, что кирпич рассыпается на кусочки.

Эти кадры должны показать, как опасно подносить металлические предметы к магнитно-резонансному томографу. По сути, этот аппарат представляет собой огромный кольцевой магнит. Создаваемая им сила притяжения примерно в 140 тысяч раз больше силы земного тяготения. Нетрудно представить, к каким последствиям приведет, например, попытка сканирования с помощью такого прибора организма пациента с кардиостимулятором. Однако если на теле человека и внутри него нет ничего металлического, магнитно-резонансная томография (МРТ), судя по всему, совершенно безопасна: вредных для организма последствий применения этого метода не отмечено.

Высокоэффективные методы сканирования головного мозга, такие как ФМРТ, делают возможным его исследование способами, о которых несколько десятилетий назад никто и не мечтал. Однако картирование мозга началось задолго до изобретения высокотехнологичных приборов для сканирования.

Функциональная магнитно-резонансная томография помогла выяснить, какие участки мозга задействованы в каких его функциях.

Две основные речевые зоны, по-прежнему входящие в число важнейших ориентиров на карте коры больших полушарий, были обнаружены Брока и Вернике более ста лет назад. Ученым удалось сделать это, исследуя мозг пациентов, страдающих расстройствами речи. Они заметили, что речевые нарушения определенного рода сопряжены с повреждениями одних и тех же участков мозга. Зону, дающую нам способность к членораздельной речи, Брока открыл, препарируя трупы людей, при жизни (обычно после перенесенного инсульта) не способных внятно произносить слова. Классический случай, исследованный Брока, касался человека по имени Тан.

Называли его так потому, что он произносил это слово, когда его спрашивали, как его зовут. То же самое он говорил, когда у него спрашивали, когда он родился, где живет или что ему приготовить на ужин. Он вообще ничего не говорил, кроме «Тан», и при этом прекрасно понимал речь других.

Брока пришлось дождаться смерти Тана, чтобы заглянуть в его мозг и узнать, какой участок был травмирован. Современная аппаратура позволяет нейробиологам находить поврежденные участки нервной ткани еще при жизни пациентов, что значительно ускоряет исследование функций, выполняемых соответствующими структурами в здоровом мозге.

Еще один проверенный временем метод основан на непосредственной стимуляции различных участков мозга и отслеживании эффектов такой стимуляции. Именно этот метод использовали нейрохирурги из Калифорнии, отметившие, что оперируемые ими пациенты-эпилептики начинают веселиться при стимуляции определенных участков мозга, и обнаружившие часть модуля, отвечающего за чувство юмора.

Одним из первых непосредственную стимуляцию мозга стал применять в 50-х годах XX века канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд, картировавший обширные участки коры больших полушарий, прикладывая электроды к разным точкам мозга сотен больных эпилепсией. В ходе этих опытов Пенфилд показал, что вся поверхность нашего тела представлена (как будто нарисована) на поверхности мозга: участок, связанный с локтем, располагается рядом с участком, связанным с предплечьем, тот, в свою очередь, располагается рядом с участком, связанным с плечом, и так далее. Но еще больше Пенфилд прославился открытием того, что стимуляция определенных участков височных долей может вызывать в сознании нечто похожее на яркие воспоминания из детства или обрывки давно забытых мелодий.

Большинство пациентов говорило, что эти воспоминания были похожи на сон, но при этом совершенно отчетливы. «Мне казалось... что я стою в дверях своей школы», — рассказывал молодой человек (21 год). «Я слышал, как мать говорит по телефону и приглашает мою тетю навестить нас вечером, — рассказывал другой. — У нас в гостях были мои племянник и племянница... Они собирались домой, надевали пальто и шапки... это было в столовой... моя мать говорила с ними. Она торопилась — очень спешила».

В то время наблюдения Пенфилда были истолкованы в пользу того предположения, что воспоминания хранятся в мозге в виде отдельных связок (энграмм) и их можно в любой момент вызвать. С тех пор выяснилось, что все не так просто. Долговременная память распределена по всему мозгу и закодирована в тех же участках, где исходно возникали соответствующие ощущения. Например, детские воспоминания о том, как в один солнечный день мы ели мороженое за городом, где пели птицы, хранятся в нескольких сенсорных областях: вкус мороженого — во «вкусовых» областях мозга, ощущение кожей солнечного тепла — в соматосенсорной коре, звуки птичьего пения — в слуховой коре, вид деревьев — в зрительной коре, и так далее. Если исходно мы ощущали все это вместе, то, вызывая в сознании одну из многих составляющих воспоминания, мы, как правило, можем вызвать и остальные, воссоздавая «полное» воспоминание из набора таких составляющих. Пенфилд, по-видимому, стимулировал только один сенсорный аспект памяти, а наблюдал ответ многих.

В свою очередь, область, которую стимулировали у смеявшейся пациентки, как выяснилось, представляет собой лишь один из узлов гораздо более обширного модуля, укорененного в самых простых отделах мозга. Эти маленькие участки, отвечающие, казалось бы, за строго определенные функции, оказываются лишь верхушками глубоко сидящих нейронных конгломератов — вершинами айсберга психики.

Возможно также, что участки, мозга, активирующиеся при выполнении мысленного задания, не сами ответственны за его решение, а просто передают стимулы к действительно связанным с данной задачей участкам. Подобную возможность иллюстрирует анекдот об ученом, который утверждал, что лягушки «слышат ногами». Когда от него потребовали доказательств, он продемонстрировал лягушку, которую приучил прыгать по команде. Показав, как она прыгает, он отрезал ей ноги, после чего вновь стал произносить команду. Лягушка не двинулась с места. «Вот видите! — заключил ученый. — Она меня больше не слышит!»

Еще одна проблема состоит в том, что часть наблюдаемой активности мозга может быть просто отражением интерференции систем, случайными выбросами. Один исследователь обнаружил это, проводя эксперименты с использованием ФМРТ для изучения нейронной активности, задействованной в социальных взаимодействиях. В одном из таких экспериментов исследователь поместил в сканер не живого человека, а пассивный «объект тестирования» — мертвую рыбу. Эта рыба — большая красивая семга — была куплена в местном магазине бесспорно мертвой и никак не реагировала (что неудивительно) на демонстрацию ей «серии фотографий, изображающих людей в различных ситуациях». Однако при изучении томограмм выяснилось, что участок, соответствующий крошечному мозгу рыбы, при этом как будто возбуждался, и это якобы свидетельствовало о том, что рыба все-таки задумывалась над предъявленными ей фотографиями.

Исследователи, занимающиеся визуализацией мозга, прилагают массу усилий, чтобы избегать подобных ловушек, но иногда им это не удается. Есть мнение, что в этой науке пока очень много от золотой лихорадки: исследователи слишком часто стремятся «застолбить» новые выводы и слишком редко пытаются воспроизводить чужие результаты. И все же почва под ногами ученых постепенно твердеет. Разработка стандартных протоколов сканирования, резко сокращающих возможность получения ложных результатов, и общая методология постановки экспериментов, — все это находится под строгим контролем. «Новые френологи» убеждены, что их открытия, в отличие от открытий Франца Галля, выдержат проверку временем.