5. Анатомия головного мозга. Он разделен на два полушария, в каждом из которых шесть различных долей

Особая важность мозга в реакции человека на изменения в окружающей среде может свидетельствовать о его принципиальной роли в репрезентации внешней реальности, чтобы мы принимали решения на ее основании. Речь идет о старом представлении, которое неоднократно повторялось в истории. В этом есть смысл, так как нам необходима возможность быстрой реакции, соответствующей непредвиденным событиям, начиная от неожиданного появления на дороге велосипеда в тот момент, когда переходим через улицу, до телефона, который внезапно начинает вибрировать в кармане.

Между тем, мозг, который ограничивался бы исключительно внешними стимулами, очень плохо координировал бы наше взаимодействие с событиями. Канадский нейробиолог Патрик Каванах приводит пример теннисиста, который должен ударить ракеткой по мячу, летящему со скоростью 40 м/с. Если бы спортсмен дожидался того момента, когда мяч окажется рядом с ним, чтобы поставить руку в соответствующее положение, то он никогда бы не успевал ударить ракеткой по мячу. За десятую долю секунды, которая нужна ему, чтобы определить положение мяча и отреагировать, мяч пролетел бы на четыре метра больше и был бы слишком далеко от ракетки. Если бы рука теннисиста двигалась с целью перехватить мяч, то это значило бы, что его мозг опережает траекторию. С каждым нашим движением мы регулярно опережаем их последствия. Простой реакции на внешние стимулы недостаточно: в этом случае мы были бы обречены на неудачу, так как всегда опаздывали бы реагировать на те или иные события.

6. Чтобы теннисист смог отразить мяч на высокой скорости, его мозг должен предвидеть траекторию его полета заранее

Для эффективного взаимодействия с окружающей средой мы должны обладать способностью предвидеть последствия как собственных движений, так и движений других людей. Это и есть главная причина появления мозга у человека! Нейробиолог Родольфо Льинас приводит яркий пример с небольшими морскими организмами – асцидиями. Благодаря своему мозгу молодая асцидия бродит по морю в поисках скалы, к которой могла бы прирасти на всю оставшуюся жизнь. Как только она прикрепляется к такой скале, мозг ей больше не нужен. В результате она… переварит его за ненадобностью! Так взрослая асцидия значительно экономит энергетические затраты по поддержанию мозга, которым она больше не пользуется.

Представление о том, что основная роль мозга у позвоночных якобы заключается в том, чтобы предвидеть будущее, недавно получило широкое теоретическое обоснование. В соответствии с гипотезой предсказывающего кодирования мозг человека постоянно конструирует модели внешней реальности и ее будущего развития (симуляции). Таким образом, восприятие не только воспроизводит копию этой реальности (та самая репрезентация, о которой говорили ранее), но и постоянно сравнивает эти внутренние модели с внешней реальностью. Такое сравнение осуществляется через восприятие и активное изучение окружающей среды с конечной целью обновления моделей и выработки более надежных сценариев. Согласно этой теории, мы берем на вооружение данные модели и действуем в реальном мире, одновременно приобретая соответствующий опыт.

В историческом отношении корни этой теории могут восходить к немецкому физику Герману фон Гельмгольцу (1821–1894), который считал, что восприятие является ничем другим, как проверкой гипотез. По его мнению, мозг в той или иной мере действует как ученый, который выдвигает гипотезу (модель) и проверяет эмпирическим (посредством познания через органы чувств) путем ее состоятельность посредством контролируемого эксперимента. Так, например, когда я встречаю какого-нибудь человека, то делаю выводы о его намерениях по отношению ко мне, наблюдая за его лицом и мимикой. У него неприступное выражение лица и он нахмурил брови? По всей видимости, я ему малосимпатичен. Он широко улыбается? Скорее всего, он будет вести себя довольно доброжелательно по отношению ко мне… Взаимодействуя с человеком, я проведу эксперимент, результаты которого подтвердят или опровергнут эту гипотезу, или позволят мне скорректировать ее, чтобы затем проверить ее в новом варианте.

Так что хотя наш мозг и не является «самым сложным объектом во Вселенной», тем не менее он наделен мощной силой: благодаря только что описанным процессам, он минимизирует неприятные сюрпризы и возможные риски, возникающие в повседневной жизни.

В 1906 году итальянец Камилло Гольджи и испанец Сантьяго Рамон-и-Кахаль стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине, разделив ее за работы по структуре нервной системы. Разумеется, оба ученых были на седьмом небе от счастья, но Гольджи вызвал всеобщее удивление во время своего выступления на церемонии вручения: вместо того чтобы признать вклад Кахаля, он подверг резкой критике теорию коллеги, чтобы защитить свою собственную теорию, которая между тем уже устарела. Какая же муха его укусила?

Давно известно, что все биологические ткани (печень, почки, легкие и так далее) состоят из клеток, имеющих ядро и окруженных мембраной. Между тем мозг продолжал сбивать с толку ученых: с помощью микроскопа можно было разглядеть не эти пресловутые клетки, а хаотичное и непонятное нагромождение волокон и ядер. После многих лет упорной работы Гольджи в одиночку разработал так называемую «черную реакцию» – метод окрашивания отдельных клеток с использованием нитрата серебра, позволяющий получить представление о структуре нервной ткани. В отличие от обычных красителей, проникающих во все клетки, нитрат серебра пропитывал только небольшую часть нервных клеток (от 1 % до 5 %) по причинам, которые до настоящего времени все еще остаются неразгаданными. Некоторые окрашенные клетки резко выделялись среди других, которые оставались невидимыми. В результате Гольджи удалось добиться отличного изображения нервных клеток (рисунок 7).

На этих изображениях представлены темные скопления со странными отростками. Гольджи не догадался о то, что это отдельные клетки; он думал, что их отростки сливаются в непрерывную сетку, образуя единое целое с несколькими ядрами, – так называемый синцитий. Вот эту ошибочную теорию он и защищал в Стокгольме на вручении Нобелевской премии. Что касается Кахаля, то он понял, что нервные клетки были отдельными образованиями: он пришел к этому выводу в 1880-е годы, изучая метод, открытый Гольджи, что и привело Нобелевский комитет к решению о присуждении премии обоим ученым. Вскоре после наблюдений Кахаля эти клетки получили название «нейроны».

7. Изображение, сделанное с помощью окрашивания Гольджи. На иллюстрации представлены клеточные тела, центральная часть нейрона, получающие информацию дендриты (разветвленные волокна вокруг ядра) и аксон (длинный вертикальный отросток), который передает эту информацию

Сегодня мы знаем о нейронах гораздо больше. Одним из фундаментальных их свойств является способность вступать в контакты между собой посредством отростков, дендритов и аксонов. Подобно ветвям дерева, дендриты нейрона разветвляются вокруг центральной части, которая называется клеточным телом, с целью установления контакта с другими нервными клетками и получения от них информации. Другой отросток, который называется аксоном, передает затем эту информацию другим нейронам. Речь идет об открытом Кахалем законе «динамической поляризации»: информационный поток проходит только в одном направлении от одного полюса нейрона (один из его дендритов или клеточное тело) к другому (аксону), откуда он передается другим нейронам (рисунок 8). Место контакта между двумя нейронами называется синапсом.