II. Развитие и организация нашего мозга
1. Мозг как самоорганизующаяся система
Все люди созданы равными.
Впервые сформулировал Томас Джефферсон в Декларации независимости (1776) и позже несколько иначе выразил Бенджамин Франклин
Вопреки внушению, исходящему из этих известных слов, каждый мозг различен также и потому, что развивается и функционирует как самоорганизующаяся система. Под этим подразумевается, что в хаотической системе структуры возникают спонтанно. Самоорганизация происходит в комплексных системах, и принципы этого можно видеть повсюду: в муравейниках, в бизнесе, во Вселенной. Самоорганизация может приводить даже к тому, что популяция начинает функционировать как единство, сверхорганизм (см. главу XVII.1).
Хороший пример самоорганизации – стаи скворцов. Сначала они группами слетаются с мест кормежки в место сбора. Затем взлетают, устраивая невероятное акробатическое воздушное шоу, чтобы сразу же с диким шумом разлететься по деревьям, где они останутся на ночь. В полете они должны сохранять дистанцию друг от друга. Кроме того, их рой почти непрозрачный, притом что они летят не слишком плотно один к другому. Так каждый из них находится под защитой соседа, и в то же время все они могут издали видеть хищных птиц. Это возможно только благодаря очень быстрой переработке информации и способности ею обмениваться. Важный характерный признак самоорганизации заключается в отсутствии скворца-вожака, который делал бы стаю целеустремленной структурой.
Огромная стая скворцов. Пример самоорганизации. Фото: Jouke Altenburg
Также и предпринимательство начинает видеть преимущества самоорганизации: девизом его становится больше горизонтальной и меньше вертикальной организации. Сотрудники насколько возможно организуют работу сами, без понукания сверху. Планирование, управление, включая относящееся к делу взаимное согласование, выполнение и оценка результата работы не зависят от центрального руководства, но опираются на собственную инициативу. Сейчас уже существуют успешные предприятия, работающие без менеджеров. Локально нести ответственность – это прекрасно. Но если работаешь в большом международном предприятии с многочисленными филиалами во многих странах, тогда, конечно, необходимо центральное руководство. Но оно должно было бы ограничиваться крупными стратегическими решениями. Наш мозг понял это миллионы лет назад.
Наш мозг слишком сложен, чтобы развиваться исключительно на основе генетической информации или функционировать на основе контроля только из одной его области. Мозг развивается как комплексная самоорганизующаяся система, и так он продолжает функционировать в течение всей нашей жизни. Это означает, что в период развития поиск наилучших решений для формирования сложной нейронной сети происходит насколько возможно локально. В мозге присутствуют важнейшие ингредиенты для самоорганизации:
(I) Сеть клеток мозга чрезвычайно сложна.
(II) Между участками мозга возможна молниеносная коммуникация.
(III) На основании опыта возникают изменения в локальных сетях, таким образом происходит обучение.
(IV) Наивозможно большее число процессов делегируется на нижний уровень, так что в нашем мозге на локальном уровне многое регулируется и решается автоматически и, следовательно, бессознательно.
(V) Нет центра, который непрерывно, в деталях, наблюдает и регулирует все локальные процессы.
Недостаток этой локальной организации состоит в том, что мозг не имеет постоянного детального обзора ни того, что разыгрывается в различных его областях, ни того, каковы там функциональные связи. Поэтому мозг может быть не осведомлен о проблемах в функционировании определенных систем. В случае деменции или нарушений психики пациенты часто не имеют представления о своем заболевании. Они иногда думают, что у них все прекрасно функционирует и что проблемы не с ними, а с их окружением. Мы называем это анозогнозией.
Если мозг функционирует хорошо и если с необходимостью возникает новая или чрезвычайная ситуация, когда все системы мозга должны реагировать скоординированно, «высшая» система мозга – префронтальная кора – берет на себя принятие стратегических решений. Тогда могут быть задействованы все системы ради одной цели: выжить. Когда же эта ситуация миновала, различные функции снова делегируются на локальный уровень.
В точке E (см. ил. 6) видна пирамидная клетка. Древообразная структура над телами клеток – дендриты. Сюда поступает и перерабатывается информация от тысяч других клеток. В каждом узелке на дендрите находится клеточный контакт, синапс. От тела клетки вниз отходит отросток, аксон. По аксону пирамидная клетка направляет свое решение о поступившей в нее информации тысячам других клеток. Подобно этому рисунку, Кахаль подправлял белой краской свои рисунки пером, оригиналы которых можно видеть в Институте Кахаля в Мадриде, Испания.
Кахаль – испанский врач и гистолог, он исследовал под микроскопом связи клеток головного мозга и тщательно их зарисовывал.
В восьмилетнем возрасте, как он сам писал, у него пробудилась страсть к рисованию. Он держал ее в тайне, потому что его родители считали это занятие пустой тратой времени. В школе он прятался в темный угол, потому что с большим успехом – по крайней мере среди соучеников – рисовал карикатуры на учителей. Его отец даже взял сына на один год из школы и отдал учиться на парикмахера, чтобы отвадить от рисования. В конце концов свою страсть к рисованию Кахаль смог прекрасно сочетать с изучением мозга.
Рисунки Кахаля невозможно повторить с помощью фотографии. Они представляют собой компиляции, где в правильную структуру сведены фрагменты многолетних исследований. Кахаль пользовался окрашиванием по улучшенному методу Гольджи, когда окрашивается только одна из тысячи клеток мозга, но, будучи окрашена, она видится полностью. Метод был разработан итальянским врачом Камилло Гольджи (1843–1926). За свои открытия Кахаль совместно с Гольджи в 1906 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Кахаль показал, что нервная система состоит из независимых нейронов, которые сообщаются между собой посредством специализированных синапсов. В своей нобелевской лекции и вплоть до своей кончины Гольджи оспаривал наблюдения Кахаля; он утверждал, что нервная система представляет собой непрерывную сеть, состоящую из сообщающихся клеток. Кахаль, однако, был прав: клетки нервной системы – независимые единицы. Его вывод в конечном счете сводился к тому, что превосходство человеческого мозга объясняется беспрецедентным количеством и богатством форм нервных клеток с короткими аксонами, образующих локальные сети в коре головного мозга.
2. Соревнование за лучшие контакты: нейрональный дарвинизм
Cells that fire together wire together[4].
Доналд Хебб (1949)
Из-за невообразимо огромного числа клеток мозга и возникающих между ними контактов в ходе развития мозга важную роль играют принципы самоорганизации. Поэтому всякий мозг – даже при наличии одного и того же генетического фона – в ходе развития становится уникальным. В нем формируется сеть из миллиардов нейронов, каждый из которых посредством синапсов контактирует с другими нейронами, число которых может быть от 1000 до 100 000. Эта предельно сложная сеть не может быть генетически запрограммирована через синапсы. Генетический фон дает в общих чертах инструкции для структуры мозга и задает правила процесса локальной самоорганизации. Детали восполняются потом через локальное функционирование клеток мозга в процессе развития.
