Человеческий мозг

Все больше и больше распространяется мода смотреть на мозг как на огромный, сложно устроенный компьютер, в котором роль электронных элементов играют нейроны. В каком-то отношении, во всяком случае в том, что касается памяти, биохимики, вопреки моде, склонны рассматривать не нейроны, а отдельные молекулярные структуры как носители информации.

Память играет ключевую роль в том событии, который я называл в предыдущих разделах точкой фазового перехода. Только потому, что человеческие существа (даже не особенно одаренные из них) способны так много запоминать, и запоминать хорошо, стало возможным развить такой символический код, который мы называем речью. Емкость памяти даже самого заурядного человека сказочно велика. Мы можем считать себя не особенно одаренными в запоминании технических данных, скажем так, но подумайте сами, сколько лиц мы можем узнать, как много имен напоминает нам о каких-то событиях прошлого, как много слов мы можем произнести и определить, как много мелочей мы помним. Установлено, что за всю жизнь мозг усваивает около миллиона миллиардов бит информации[18].

В компьютерах память можно установить произвольно, меняя магнитные свойства ленты. Эти изменения можно законсервировать, сохранить на носителе для последующего использования по мере необходимости. Не происходит ли нечто аналогичное в человеческом мозге? В настоящее время самое пристальное внимание исследователей привлечено к рибонуклеиновой кислоте (сокращенно РНК), которая, и это весьма удивительно, содержится в больших количествах в нервных клетках. В них РНК больше, чем в клетках других типов. Я сказал «удивительно» не случайно, потому что РНК участвует в синтезе белка, и обычно ее бывает много в клетках, которые синтезируют много белка либо для его секреции, либо в силу их интенсивного роста. Нервная клетка не относится ни к одному из перечисленных типов, поэтому большое количество в ней РНК наводит на некоторые размышления.

Молекулы РНК необычайно велики, они состоят из сотен и даже тысяч субъединиц четырех видов. Возможное число различных сочетаний этих субъединиц внутри молекулы РНК астрономически велико — это намного больше того миллиона миллиардов, о которых я упомянул в начале этого раздела. Каждое сочетание представляет отдельную молекулу РНК, которая, в свою очередь, может синтезировать отдельную, отличную от других, белковую молекулу.

Было высказано предположение, что каждый бит информации, поступающей

ОБУЧЕНИЕ

В прошлом люди иногда имели склонность ставить твердую и непроницаемую перегородку между поведением человека и поведением всех остальных животных, назвав эту перегородку «разумом». Поведением других животных управляют инстинкты или их врожденная природа, которая контролирует каждый их шаг и которую они не в силах изменить. Словом, при таком взгляде на жизнь животных считали машинами, конечно очень сложными, но все же машинами.

Человек, согласно такому взгляду, напротив, имеет определенные свойства, которых нет ни у одного животного. Он может запоминать прошлое в мельчайших деталях, предвидеть будущее почти в таких же деталях, представлять себе альтернативные возможности, взвешивать обстоятельства и судить о вещах на основании прошлого опыта, выводить из посылок следствия — и действовать на основании всего этого, исходя из собственной «свободной воли». Короче говоря, только человек обладает силой разума; только у него есть рациональное сознание, коим не обладает никакое другое живое создание.

Никто при этом не отрицает, что и у человека есть инстинкты и слепые побуждения и что еще в совсем недавнем прошлом он руководствовался в своих поступках «животной природой». Но рациональное сознание сумело подняться выше этих темных сил. Оно может превзойти своей силой даже безусловные рефлексы. Если человек подготовлен и если перед ним стоит достойная цель, то он может взять раскаленный предмет и удерживать его, невзирая на боль и дымящуюся кожу. Человек может, не мигая, встретить направленный в лицо удар. Он может преодолеть «основной закон природы», презрев инстинкт самосохранения, и сознательно пожертвовать жизнью ради друга, любимой или даже отвлеченных идеалов.

Continue reading →

ОТВЕТ

Любой организм должен быть в состоянии сочетать восприятие с адекватным действием. То есть какой-то фактор окружающей среды воспринимается и ощущается, а за восприятием следует целесообразное действие. Обыденный опыт говорит нам, что действие выполняется в ответ на ощущение и не выполняется при отсутствии такового. Если мы видим, что кто-то собирается нас ударить, мы уклоняемся от удара и не делаем этого, если никакая опасность нам не угрожает.

Ощущение — это стимул (древние римляне называли стимулом палку с заостренным концом, которой погоняли скот). Само же действие, которое является реакцией на стимул, называется ответом. Взаимодействие стимул — ответ есть основная и характерная черта жизни. Если бы мы столкнулись с предметом, который не отвечает ни на один мыслимый стимул, то нам с необходимостью придется заключить, что перед нами либо неодушевленный предмет, либо мертвые останки некогда живого организма. Напротив, если этот предмет отвечает на стимулы, то мы должны заключить, что перед нами живой объект. Но для того, чтобы считать объект живым, мало одного только ответа. Если мы ударим топором по деревянному полену, то оно ответит на наше действие тем, что расколется; если мы поднесем горящую спичку к смеси водорода и кислорода, она ответит нам тем, что вспыхнет и взорвется. Но эти ответы не введут нас в заблуждение. Ведь никому никогда не придет в голову считать полено или газовую смесь живыми.

От живого объекта требуется ответ, который поддерживает целостность этого объекта или увеличивает его благополучие. То есть ответ должен быть адаптивным, или, по-русски, приспособительным.

Continue reading →

СВЕТ

Земля буквально купается в солнечном свете, и нельзя придумать более важного единичного факта, чем этот. Излучение Солнца (важной, ноне единственной составной частью которого является видимый свет) поддерживает на поверхности земли температуру, которая делает возможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Энергия солнечного света на заре истории Земли, вероятно, создала условия для протекания химических реакций, которые закончились появлением первых живых существ. Можно без преувеличения сказать, что свет продолжает созидать жизнь и в наши дни. Солнце — тот неиссякаемый источник энергии, благодаря которому зеленые растения могут превращать двуокись углерода воздуха в углеводы и другие составные части тканей. Так как все животные на земле, включая и пас, людей, прямо или косвенно питаются зелеными растениями, то можно сказать, что и нашу жизнь поддерживает все тот же солнечный свет. Кроме того, все представители животного царства, а в особенности люди, научились воспринимать солнечный свет. Это восприятие настолько важно для интерпретации окружающей нас среды, что утрата зрения считается тяжелейшим увечьем, и даже нечеткость зрения расценивается как серьезный недостаток.

Свет оказал также сильное влияние па развитие современной науки. В течение последних трех столетий не кончались споры относительно природы света и значения его свойств. Взгляды па природу света были выдвинуты физиками еще в XVII столетии. Англичанин Исаак Ньютон считал, что свет состоит из летящих с большой скоростью частиц, а голландец Христиан Гюйгенс полагал, что свет имеет волновую природу. Центральным в споре представлялся тот факт, что свет распространяется по прямой линии и отбрасывает от непрозрачных предметов четкие тени. Летящие с большой скоростью частицы, если на них не действует сила тяготения, действительно будут двигаться по прямой, тогда как опыт человечества учит пас, что волны (будь это волны на поверхности воды или звуковые волны) огибают встретившиеся па их пути препятствия. На полтора столетия в науке одержала верх корпускулярная теория света.

В 1801 году английский физик Томас Янг показал, что свет обладает свойством интерференции. В своем опыте он показал, что если два луча света направить па экран, то в том месте, где лучи встречаются, падая на его поверхность, образуются участки затемнения. Никакие частицы не могли бы вести себя подобным образом, а волны — могли.

СЛУХ

Есть два ощущения, которые мы осознаем в наибольшей степени. Это зрение и слух. Глаз и ухо — самые сложные органы чувств и, кроме того, самые уязвимые. Они уязвимы в такой степени, что в любом языке мира есть обозначения для утраты функции этих органов — слепота и глухота. Оба поражения встречаются, к сожалению, довольно часто.

Зрение и слух — функции, предназначенные для сбора информации с дальних расстояний. Для нас, людей, зрение представляется более важной функцией, чем слух, и слепота нарушает жизнь человека в большей степени, чем глухота. Однако это антропоцентрический взгляд на вещи. Для большинства животных верно обратное, поскольку слух имеет важные преимущества перед зрением. Во-первых, звуковые волны легко огибают препятствия небольших размеров, в то время как лучи света распространяются строго по прямой. Это означает, что мы можем видеть предмет только при непосредственном взгляде на него, но мы в состоянии слышать звуки от какого-либо источника вне зависимости от нашего положения относительно его. Любое животное, настороженно ожидающее нападения врага, может, следовательно, с большей надежностью полагаться на свой слух, чем на зрение, тем более если животному приходится одновременно настороженно прислушиваться и заниматься своими обыденными делами. Нам часто приходится видеть, как животные настораживают уши и начинают внимательно прислушиваться, хотя, возможно, они пока не видят никакой опасности.

Повторюсь еще раз: для всех живых существ, кроме нас, людей, практически единственным и главным источником света является солнце. Это означает, что в густых джунглях или, еще лучше, в пещерах значение зрения снижается, если не исчезает полностью. Животные, обитающие во мраке пещер, как правило, имеют рудиментарные органы зрения. Природа словно решила не тратить энергию на формирование бесполезных органов чувств. И естественно, в течение той части суток, когда солнце находится за горизонтом, зрение становится практически бесполезным для большинства живых существ. (Конечно, ночью тоже не бывает полной темноты, особенно когда на землю отраженными от солнца лучами светит луна. Такие животные, как кошки или совы, способны улавливать очень тусклый свет. Таким образом, их орган зрения действует с большей эффективностью, чем у их жертв, которые лишены этой способности. Поэтому кошки и совы выходят на охоту по ночам.) То же самое

ТАКТИЛЬНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ (прикосновение)

После того как я описал структуру и строение нервной системы, настало время подумать, как же работает эта система. Очень легко видеть, что для того, чтобы нервная система могла управлять действиями организма с пользой для последнего, она должна постоянно оценивать детали окружающей среды. Бесполезно быстро опускать голову, если ей не грозит столкновение с каким-то предметом. С другой стороны, очень опасно не сделать этого, если такая угроза существует.

Для того чтобы иметь представление о состоянии окружающей среды, надо ее ощущать или воспринимать. Организм ощущает окружающую среду путем взаимодействия специализированных нервных окончаний с теми или иными факторами среды. Взаимодействие интерпретируется центральной нервной системой способами, которые отличаются друг от друга в зависимости от природы воспринимающих нервных окончаний. Каждая форма взаимодействия и интерпретации выделяется в виде особого вида сенсорного (чувственного) восприятия.

В обыденной речи мы обычно различаем пять чувств — зрение, слух, вкус, обоняние и тактильную чувствительность, или ощущение прикосновения. Мы располагаем отдельными органами, каждый из которых отвечает за один из видов восприятия. Образы мы воспринимаем с помощью глаз, слуховые стимулы с помощью ушей, запахи достигают нашего сознания через нос, вкус мы ощущаем языком. Эти ощущения мы можем сгруппировать в один класс и назвать специализированными ощущениями, так как каждое из них требует участия особого (то есть специального) органа.

Continue reading →

МОЗЖЕЧОК

Все структуры головного мозга от коры до гипоталамуса образовались из передней доли рыбообразного предка позвоночных. Все эти структуры, следовательно, можно отнести к переднему мозгу. Передний мозг, в свою очередь, можно разделить па две части. Первая — это сами полушария, которые называются конечным мозгом, поскольку этот участок можно рассматривать как конец нервной трубки, если подниматься от хвоста к голове. Вторая часть переднего мозга, в которую входят ба-зальиые ганглии, таламус и гипоталамус, относится к промежуточному мозгу.

Хотя передний мозг достиг у человека весьма внушительных, можно сказать, ошеломляющих размеров, из этого отнюдь не следует, что весь мозг состоит из переднего мозга. Под передним мозгом расположены средний мозг и задний мозг. Средний мозг у человека сравнительно мал и располагается вокруг узкого канала, который соединяет третий и четвертый желудочки. Выглядит средний мозг как толстый тяж, который направляется вертикально вниз от области таламуса. Внизу средний мозг заканчивается мостом, который назван так потому, что соединяет средний мозг с главной частью заднего мозга, в самой нижней части мозга располагается продолговатый мозг. Средний мозг, мост и продолговатый мозг вместе образуют структуру, похожую на ствол, идущий вниз и слегка назад от полушарий большого мозга. Создается впечатление, что большой мозг покоится на этих нижележащих отделах, словно плод, балансирующий на стволе.

Continue reading →

СПИННО-МОЗГОВАЯ ЖИДКОСТЬ

Теперь, после того как мы познакомились с нервными клетками (механизм действия которых одинаков у всех животных) и вкратце рассмотрели, каким способом эти клетки организовались в нервную систему, которая становилась все более сложной по ходу эволюции, пока не достигла пика своего развития у человека, то есть у нас с вами, настало время разобраться в строении нервной системы по частям. Центральная нервная система (головной мозг и спинной мозг) — это самая защищенная часть организма. Позвонки, из которых составлен позвоночный столб, представляют собой, по сути, костные кольца, соединенные между собой плотными хрящами. По каналу, созданному этими защитными кольцами, и проходит спинной мозг. У верхнего конца шеи спинной мозг минует большое затылочное отверстие и входит в полость черепа, превращаясь в головной мозг. Головной мозг окружен плотно пригнанной костной оболочкой — черепом.

Однако защита одной только костной оболочкой достаточно груба. Никому не понравится тесное соприкосновение такой нежной структуры, как мозг, с плотной и жесткой костью. Таких смертельных костных объятий, к счастью, нет, так как и спинной и головной мозг окружены несколькими чехлами, которые называются мозговыми оболочками. Снаружи находится самая жесткая из них — твердая мозговая оболочка, которая по-латыни называется dura mater, то есть «суровая мать». (Название восходит к давним временам, когда средневековые арабские ученые считали, что из этой оболочки происходят все остальные покровы тела.) Эта оболочка действительно очень жесткая и крепкая. Она выполнена из плотной волокнистой ткани и выстилает изнутри костную поверхность позвонков и черепа, несколько смягчая и выравнивая ее. Листки твердой мозговой оболочки образуют несколько складок, которые проводят разграничительные линии в центральной нервной системе. Один из листков направляется вниз от свода черепа и делит весь большой мозг на правое и левое полушария. Другой листок входит в щель, которая отделяет большой мозг от мозжечка. По большей части, однако, твердая мозговая оболочка все же служит для выстилки внутренней костной поверхности черепа и позвоночника.

Ближе всего к ткани спинного и головного мозга расположена мягкая мозговая оболочка, которая по-латыни называется pia mater («нежная мать»). Это мягкая и нежная оболочка, которая тесно облегает ткань мозга, входя во все его неровности, щели и борозды,

ЦЕФАЛИЗАЦИЯ

Для того чтобы нервные клетки могли организовывать и координировать деятельность множества органов, составляющих тело многоклеточного организма, сами они должны быть организованы в нервную систему. Именно качество и сложность устройства нервной системы, более чем что-либо другое, диктуют качество и сложность устройства организма. Человек считает себя вершиной эволюционной лестницы, и, хотя высокая самооценка всегда вызывает подозрение, такой взгляд имеет под собой по меньшей мере одно объективное основание. Нервная система человека намного сложнее, учитывая его размеры, чем нервная система любых других обитателей нашей планеты (за исключением, может быть, китообразных). Так как наша нервная система — самый явный признак нашего превосходства как биологического вида, то мне представляется важным описать, каким образом она достигла своего нынешнего состояния.

Самыми примитивными животными, обладающими зачатками нервной системы, являются кишечнополостные, из представителей которых можно упомянуть пресноводную гидру и морских медуз. У этих животных имеется какое-то подобие нервной системы. Нейроны более или менее равномерно распределены по поверхности тела, и каждый нейрон с помощью синапсов соединен с ближайшими нервными клетками. Таким образом, стимул, приложенный к любой части тела, тотчас передается ко всем другим его частям. Такая нервная система является повторением в большем масштабе того аппарата, который существует уже у одноклеточных организмов. У этих последних возбудимой является сама клеточная мембрана, которая и проводит аналог нервного импульса ко всем частям клетки. Нервная сеть кишечнополостных делает то же самое, и в этом смысле ее можно назвать супермембраной суперклетки. Однако такая, с позволения сказать, нервная система не является решающим шагом вперед и не представляет животному особых преимуществ. Любой стимул, к какому бы месту он ни был приложен, вызывает одну и ту же реакцию всего организма. Животное либо сжимается, либо изгибается… От такой нервной системы наивно ожидать тонкой регуляции функций. Более того, поскольку в этой системе очень много синапсов, то есть своеобразных сужений на пути нервного импульса, то и скорость его проведения оказывается весьма низкой.

Следующей группой более сложно устроенных животных являются плоские черви. Хотя нервная система этих животных тоже достаточно примитивна,

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ИОНЫ

В пяти первых главах этой книги я описал механизм, с помощью которого сложная жизнедеятельность организма координируется и упорядочивается путем выработки и распада крупных и мелких молекул, которые иногда работают согласованно, а иногда противодействуя друг другу, ради достижения какого-либо эффекта (хотя это не всегда определен но ясно), который реализуется изменением свойств клеточных мембран, взаимодействующих с этими молекулами. Такая форма координации, присутствующая во всех организмах с момента зарождения жизни, очень полезна и практична, но имеет один недостаток — она работает слишком медленно. Гормональное воздействие должно ждать, пока произойдет сборка нужной молекулы, пока сложатся друг другом необходимые для этого атомы. После этого продукт реакции выделяется в кровь и доставляется во все уголки организма, хотя подействует он, быть может, только в одном-единственном месте. Когда же миссия гормона заканчивается, он распадается и теряет активность, а его остатки фильтруются в мочу и удаляются из организма ночками.

Есть, однако, еще одна система координации деятельности организма, которая имеет перед гормональной системой неоспоримое преимущество в точности, эффективности и скорости передачи информации. Для своей работы эта система не требует больших и сложных молекул, в ней действуют атомы и частицы намного меньшие, чем атомы. Эти атомы и частицы движутся не по кровеносным сосудам, а по специальным каналам со скоростями большими, чем скорость, с которой вязкая кровь может продвигаться по топким кровеносным капиллярам. Более того, эти каналы идут от определенных органов или, наоборот, к ним, передавая электрический по природе сигнал точно по адресу, не распыляясь по всему телу и не оказывая побочных действий, столь характерных для гормонов.

Разница в интенсивности жизненных процессов у растений и животных по большей части обусловлена именно тем фактом, что животные, в дополнение к химической системе передачи сигналов, обладают системой передачи электрических сигналов, а растения — только химической. Давайте, однако, начнем сначала.

Continue reading →