Семь с половиной уроков о мозге. Почему мозг устроен не так, как мы думали - Лиза Фельдман Барретт

Сеть мозга работает постоянно. Не бывает так, что нейроны «сидят» и ждут, пока извне на них окажут влияние, побуждающее передавать сигналы. Нейроны постоянно «общаются» друг с другом. В зависимости от того, что происходит в организме и в окружающем его пространстве, «общение» протекает то более, то менее интенсивно, но при этом не прекращается ни на секунду до самого последнего дня вашей жизни.

Каждая нервная клетка посылает сигнал примерно пяти сотням других таких же клеток и получает — от нескольких сотен. В результате непрерывно происходит почти 500 триллионов взаимодействий. Это огромное количество. И оно было бы еще больше, если бы любой нейрон начал «общаться» не одновременно с сотнями других нейронов, а по отдельности с каждым из них. Но для поддержания работы такой сложной системы у мозга попросту не хватило бы ресурсов.

Итак, структура нашей «проводки» позволяет бережливо расходовать энергию и похожа на международную сеть авиалиний (да, опять будем использовать метафору), состоящую из примерно 17 тысяч связанных друг с другом аэропортов. Мозг обеспечивает передачу химических и электрических сигналов от одного нейрона к другим, как мы летаем самолетом из одного города в другой. Каждый аэропорт отвечает за организацию полетов в ограниченное число других аэропортов, а не во все — иначе ежегодное количество рейсов по всему миру увеличилось бы на несколько миллиардов и не хватило бы ни горючего, ни пилотов, и в конце концов вся система рухнула бы. Именно поэтому существуют аэропорты-хабы, снимающие нагрузку с остальных. Например, чтобы из Линкольна, штат Небраска, попасть в Рим, нужно сначала долететь до хаба Ньюарк в Нью-Джерси и уже оттуда отправиться в более длительный полет прямиком до Рима. Иногда, чтобы добраться до того или иного пункта назначения, приходится пересаживаться с одного рейса на другой дважды, то есть останавливаться в двух хабах. Эта система отличается гибкостью и способна подстраиваться под внешние изменения, поэтому она дает возможность любому аэропорту, даже если основное его назначение — перелеты по местным авиалиниям, — включиться в общую глобальную взаимосвязь.

Похожим образом организована и сеть нашего мозга. Нейроны делятся на множество скоплений, или «аэропортов», львиная доля которых заняты только локальным взаимодействием, то есть обмениваются сигналами лишь с близлежащими «аэропортами». Но есть и скопления-хабы, связывающие многие группы нейронов. У таких «хабов» длинные аксоны позволяют установить связь между далеко расположенными друг от друга нейронами.

Благодаря этому вся сеть, столь же сложная, как и связанные между собой аэропорты по всему миру, функционирует эффективно.

Скопления нейронов, связанные друг с другом «хабами»

Наличие нервных клеток, объединенных в группы, выполняющие роль хабов, помогает многим нейронам, даже если они в основном обмениваются импульсами только с ближайшими нервными клетками, участвовать в работе всей сети. Такова основа процесса, в ходе которого наш мозг передает сигналы между нервными клетками и принимает их.

Хабы, такие как уже упоминавшийся Ньюарк или лондонский Хитроу, будучи крупнейшими аэропортами, имеют огромное значение. И когда у них возникают какие-либо проблемы, то начинаются задержки и отмены рейсов во множестве других стран. Примерно к таким же трудностям приводит выход из строя некоторых из наших нейронных «хабов». Их простой может обернуться депрессией, шизофренией, дислексией, хроническими болями, деменцией, болезнью Паркинсона и т. п. Помогая контролировать и мозг, и весь организм в целом, не истощая при этом внутренние ресурсы, хабы представляют собой очень эффективную и оттого весьма уязвимую часть нервной системы.

За эти связанные друг с другом важные группы нервных клеток, дающие нам возможность экономно расходовать энергию, следует сказать спасибо естественному отбору. Ученые полагают, что в ходе эволюции нейроны организовались в сеть, потому что она была мощной и быстрой, но при этом была достаточно мала, чтобы поместиться в черепе.

«Сеть» в нашем мозге не пребывает все время в одном и том же состоянии. И некоторые из изменений происходят очень быстро. Локально нейроны взаимодействуют с помощью химических веществ, которыми наша «проводка» постоянно «омывается». Их называют нейротрансмиттерами[34]. К ним относятся глутамат, серотонин, дофамин и другие соединения, под влиянием которых передача сигналов через синапсы иногда становится легкой и быстрой, а иногда замедляется. Эти вещества похожи на разных сотрудников аэропорта, занимающихся бронированием и продажей билетов, или досмотром багажа и ручной клади, или наземным обслуживанием пассажиров. Эти работники способны как ускорить, так и замедлить поток людей, но без них никакие перелеты были бы невозможны. Несмотря на то что чисто физически строение нашего мозга кажется неизменным, все описанные выше изменения в его «проводке» происходят ежесекундно и стремительно. К тому же некоторые из веществ, такие как серотонин и дофамин, время от времени воздействуют на другие нейротрансмиттеры, усиливая или ослабляя их эффект. Так работают соединения, которые носят название «нейромодуляторы». Они как погода, влияющая на авиасообщение. Когда день ясный, самолеты летают без проблем, а в ненастье либо рейс откладывается, либо приходится менять маршрут полета. Нейромодуляторы и нейромедиаторы, взаимодействуя, позволяют единой нейронной сети нашего мозга управлять триллионами процессов.

В нашей «проводке» происходят и другие, более медленные изменения. Например, как в аэропортах строят новые терминалы или приводят в порядок старые, так и в мозгу постоянно что-то обновляется и совершенствуется. Одни нейроны отмирают, другие появляются. Количество связей то увеличивается, то уменьшается. Если группа нервных клеток передает сигнал совместно, связи становятся сильнее, в остальных же случаях они остаются слабыми. Ученые называют такие изменения пластичностью. Мозг меняется на протяжении всей жизни. Каждый раз, когда происходит что-то новое — например, вы знакомитесь с человеком и запоминаете его имя или смотрите телевизор и узнаете какой-то интересный факт, — эта информация «зашифровывается» и попадает в «проводку», чтобы позже вы могли вспомнить эти данные. Со временем под влиянием новой информации может меняться и сама «проводка».

Сеть нейронов развивается и в других аспектах. Сигналы не все время передаются между одними и теми же нервными клетками, поэтому любой нейрон может выполнять разные функции. Так, наша способность видеть настолько тесно связана с «затылочной корой», что ее принято называть зрительной корой[35]; тем не менее нейроны этой области мозга участвуют в передаче информации, получаемой также при помощи слуха и осязания. Если человеку с хорошим зрением завязать глаза[36] и в течение нескольких дней учить его пользоваться таблицей Брайля, то через некоторое время нейроны в зрительной коре испытуемого будут всё активнее вовлекаться в передачу импульсов, связанных с осязанием. Но стоит снять повязку с глаз — и этот эффект исчезнет уже через сутки. Аналогично, если ребенок рождается с катарактой[37], которая не позволяет его мозгу получать визуальную информацию, нейроны в его зрительной коре начинают передавать сигналы, воспринимаемые другими органами чувств.