Нищета мозга

Современная нейронаука оценивает сложность человеческого мозга через колоссальные числовые масштабы его структурных элементов и их динамических взаимодействий. Основу этой сложности составляют нейроны, их связи и химическая передача сигналов. Количество нейронов в мозге взрослого человека составляет порядка 85-86 миллиардов. Из них на кору головного мозга, ответственную за высшие нервные функции, приходится примерно 16 миллиардов (по различным оценкам от 9 до 19 миллиардов). Подкорковые структуры содержат основную массу остальных клеток. Например, мозжечок, обеспечивающий координацию движений, включает около 69 миллиардов нейронов, а такие структуры, как базальные ганглии, таламус и ствол мозга, содержат оставшееся количество.

Однако количеством нейронов сложность не исчерпывается. Ключевое значение имеет их невероятное разнообразие по форме и функциям. Нейроны делятся на три основных типа в соответствии с их ролью в обработке информации. Чувствительные (афферентные) нейроны принимают сигналы от органов чувств и периферических рецепторов. Двигательные (эфферентные) нейроны передают исполнительные команды мышцам и железам. Наиболее многочисленную группу составляют вставочные нейроны (интернейроны), которые обеспечивают связь между другими нейронами, образуя сложнейшие нейронные ансамбли, и именно с их работой связаны процессы мышления, памяти и принятия решений. Истинная сложность мозга проявляется на уровне связей между нейронами — синапсов. Их количество на несколько порядков превышает число самих нервных клеток. В среднем каждый корковый нейрон образует от 1000 до 10 000 синаптических контактов, а в наиболее сложных ассоциативных областях коры это число может достигать 100 000. Таким образом, общее количество синапсов в мозге оценивается в диапазоне от 100 до 1000 триллионов.

Принципиально важно, что эта сеть связей не является статичной. Она постоянно меняется в процессе синаптической пластичности, которая лежит в основе обучения и формирования памяти. Каждый день в ответ на новый опыт, обучение и консолидацию воспоминаний в мозге образуются, укрепляются, ослабевают и разрушаются тысячи синапсов, что делает мозг динамически меняющейся системой. Передача сигнала через синапс осуществляется с помощью нейромедиаторов — химических веществ, выступающих в роли посредников. Мозг использует сложную систему из множества нейромедиаторов, каждый из которых выполняет специфические функции.

Глутамат служит основным возбуждающим медиатором, обеспечивая быструю передачу сигналов и участвуя в процессах долговременного потенцирования, связанного с памятью. ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) является главным тормозным медиатором, отвечающим за баланс и предотвращение перевозбуждения нейронных сетей.

Ацетилхолин регулирует мышечные сокращения, внимание, обучение и память. Дофамин задействован в системе вознаграждения, мотивации, целеполагания и регуляции движений.

Серотонин влияет на настроение, сон, аппетит и эмоциональный фон. Норадреналин служит ключевым медиатором состояния бодрствования, внимания и реакции на стресс. Масштабы химической передачи огромны. В одном синаптическом пузырьке содержится от 1 000 до 10 000 молекул нейромедиатора.

При возникновении нервного импульса в синаптическую щель может высвобождаться от 100 до 300 таких пузырьков. Учитывая триллионы синапсов, постоянно активных даже в состоянии покоя, общее число молекул нейромедиаторов, участвующих в работе мозга каждую секунду, является астрономическим. Эта способность мозга к перестройке, известная как нейропластичность, подчеркивает, что его сложность — это не просто статичное скопление клеток, а непрерывный процесс самоорганизации. Попытки воспроизвести эту сложность в виде компьютерной модели, как отмечают нейробиологи, сталкиваются с фундаментальными трудностями.

Количественный барьер заключается в том, что даже для моделирования простейшей нервной системы, состоящей из сотен нейронов, требуются вычислительные мощности, превышающие возможности современных суперкомпьютеров.

Но более важным является качественное отличие: работа мозга основана на вероятностных, аналоговых и химических процессах, принципиально отличных от дискретной логики цифровых вычислительных машин. Таким образом, сложность мозга определяется взаимодействием нескольких уровней организации: десятков миллиардов разнообразных нейронов, сотен триллионов динамически изменчивых синаптических связей и сложнейшей системы химической сигнализации с помощью нейромедиаторов. Эта иерархическая, многомасштабная и самоорганизующаяся система настолько сложна, что ее полное моделирование остается недостижимой задачей, что лишь подчеркивает уникальность самого сложного из известных объектов во Вселенной.

Источник: vk.com

Комментарии: