Страница:
Ориентация в пространстве
Итак, поиски связки ключей и забытые фамилии вы можете спокойно отнести к разряду нормальных явлений: никаких причин для беспокойства, и в первую очередь никаких оснований предполагать начинающуюся деменцию. Но как обстоит дело с умением ориентироваться? Незнание того, где находишься, – один из классических симптомов, относящихся к отрасли медицины, в которой я практикую, примерно так же, как учащенный пульс относится к сфере деятельности врача-терапевта. Обследуя пациента, психиатр задает ему простые вопросы, составляющие обычную врачебную рутину, например: «Который сейчас час и какое сегодня число?», «Где вы находитесь?» или «Кто вы?»
Каждый студент-медик знает: у того, кто не может ответить на последний вопрос, дела с головой обстоят неважно. Если кто-то знает, кто он, но при этом не знает, где именно находится, – с тем тоже далеко не все в порядке. А вот если человек не знает, какое сегодня число, то, конечно, мы можем сказать, что сегодня он далеко не на пике своих умственных возможностей. Но может быть, он просто-напросто в отпуске!
Ориентация во времени, пространстве и личностная ориентация относятся к нашим основным умственным навыкам; у пациентов, страдающих деменцией, способности к ориентации снижаются именно в таком порядке – время, место, личность.
Разумеется, даже человек, страдающий серьезным психическим расстройством, может посмотреть на свои часы (если у него есть часы и при этом он знает, где они находятся) и сообщить мне время суток. Но это не является решающим критерием: в гораздо большей степени речь идет о том, что при нарастающем умственном распаде снижается стремление контролировать себя и свою жизнь, а также осознание того, в какой взаимосвязи находятся понятия здесь и сейчас (страдающего слабоумием мало заботит дата и время суток). Такой человек редко выходит из дома, все хуже понимает окружающий мир (свое непосредственное окружение, не говоря уже о большом широком мире), а со временем перестает понимать и себя самого, потому что все меньше способен что-либо воспринимать. В конце концов остается только оболочка человека, тогда как его дух, его неповторимая личность, его особенности и отличительные черты полностью утрачены.
Теряется не только личность, но и все связанные с ней факты. Страдающий деменцией более не знает ничего; он забывает, чем только что хотел заняться, делает по нескольку раз одно и то же и ничего из этого не запоминает. Отношение к другим людям тоже постепенно растворяется: сначала больные перестают узнавать знакомых из недавнего прошлого, а под конец – супругов и даже собственных детей.
Одновременно угасает восприятие прошлого и будущего: у пациентов, страдающих деменцией, наблюдается не только дезориентация во времени (ранний симптом), более того – они полностью утрачивают представление о времени как таковом. Они живут сиюминутно – тем, что касается только настоящего момента, а сознание никак не проявляется даже в периоды бодрствования.
Насколько сильно способность ориентироваться в пространстве зависит от обучения, показывают не только лондонские таксисты. На примере обычных детей различного происхождения можно убедительно продемонстрировать, что уровень ориентации в пространстве зависит от того, как именно ее тренировали. Дети и подростки, воспитанные в школах с углубленным преподаванием санскрита, показывают в тестах по ориентации в пространстве особенно хорошие результаты. Почему? Подобно латыни, санскрит – это мертвый язык из индогерманской языковой семьи, но он все еще входит в официальный список из 22 языков, которые могут использоваться правительствами индийских штатов для различных административных целей. В большинстве индийских школ его преподают как третий язык, после хинди и английского. Санскриту более 3000 лет, он имеет несколько видов письменности и был систематизирован за много столетий до рождения Христа. Индусы считают его священным языком, он и в наши дни используется при отправлении религиозных обрядов, потому что все важнейшие священные писания индуизма (Веды и Упанишады) написаны на санскрите. Самая древняя из четырех Вед – Ригведа, священное писание о богах, власти, силах и природе. В ней, как и в остальной литературе, написанной на санскрите, пространство разделено на 10 направлений, то есть наряду с верхом и низом существуют восемь сторон света; кроме севера, юга, востока и запада есть еще и северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Мысленное кодирование пространства у людей, изучавших санскрит, сформировано под влиянием схемы с восемью сторонами света. Она в известной степени определяет качество когнитивной карты[7] личности, то есть играет важную роль в определении собственного места в пространстве. Люди, обладающие подобным «мировоззрением», рассматривают пространство, свой мир вполне определенным образом – примерно как шахматист воспринимает фигуры на доске совершенно особым образом или как музыкант особым образом связан со своими инструментами. Геоцентрическое понимание пространства на базе санскрита пронизывает всю повседневную жизнь, чему также способствует погружение в религиозные практики индуизма.
2.3. Цветки лотоса (слева) далеко не всегда имеют восемь лепестков. Однако стилизованный лотос часто является деталью мандалы – сакрального схематического изображения, которое в религиозных практиках индуизма символизирует модель Вселенной. Это, как правило, цветок с восемью лепестками – по числу сторон (примеры – в середине и справа).
В школах с интенсивным обучением санскриту характерна передача знаний через парадигму восьми сторон света. Детям не только сообщают направления в пространстве и их культурное значение; от них требуют использовать эти представления в своих повседневных упражнениях, например во время утренней и вечерней молитвы; при этом учащиеся получают конкретные наставления либо от учителей, либо от старших учеников. Если ученик допускает ошибку, его поправляют и объясняют, каким образом в дальнейшем можно будет избежать неправильного определения стороны света.
Если попросить учеников санскритской школы в возрасте 10–14 лет показать сторону света под открытым небом или даже в закрытом помещении, то выяснится, что 87% из них могут указать точно, тогда как среди учеников школ с интенсивным преподаванием хинди правильный ответ дают лишь 43%. Другое исследование подтвердило этот феномен впечатляющим способом: 51 индийского школьника в возрасте 11–15 лет спросили о сторонах света – сначала под открытым небом, а затем в помещении, – и они все дали правильные ответы. Аналогичное исследование было проведено в Женеве в специальном помещении. Результат: ни один ребенок не смог указать стороны света. После этого эксперимент усложнили: детям завязали глаза и попросили их несколько раз обернуться на месте. И в этом случае 80% учеников санскритских школ были в состоянии правильно назвать стороны света. Тогда детей с все еще завязанными глазами отвели в другое помещение, по пути несколько раз сворачивая, и снова попросили обернуться на месте, и вновь спросили про стороны света. Во время теста ученые следили за тем, чтобы после вращения дети стояли лицом в другом направлении, чем до того. Кроме того, руководитель эксперимента, который поворачивал детей, разговаривая с ними и спрашивая про стороны света, не стоял в одном и том же месте, а постоянно перемещался. И после этого 56% детей, обучавшихся санскриту, могли выполнить задание! Тот, кто обучался в санскритской школе, как будто всегда носит в голове гироскоп и благодаря этому обладает феноменальной способностью ориентироваться в пространстве.
Эти эксперименты подтверждают то, что давно известно современным нейробиологам и на что обратил внимание еще римский император Марк Аврелий. Как-то раз он заметил: «Со временем душа принимает цвет твоих мыслей». Конечно, Марк Аврелий понятия не имел о нейропластичности мозга, но он был полностью прав!
Каждый студент-медик знает: у того, кто не может ответить на последний вопрос, дела с головой обстоят неважно. Если кто-то знает, кто он, но при этом не знает, где именно находится, – с тем тоже далеко не все в порядке. А вот если человек не знает, какое сегодня число, то, конечно, мы можем сказать, что сегодня он далеко не на пике своих умственных возможностей. Но может быть, он просто-напросто в отпуске!
Ориентация во времени, пространстве и личностная ориентация относятся к нашим основным умственным навыкам; у пациентов, страдающих деменцией, способности к ориентации снижаются именно в таком порядке – время, место, личность.
Разумеется, даже человек, страдающий серьезным психическим расстройством, может посмотреть на свои часы (если у него есть часы и при этом он знает, где они находятся) и сообщить мне время суток. Но это не является решающим критерием: в гораздо большей степени речь идет о том, что при нарастающем умственном распаде снижается стремление контролировать себя и свою жизнь, а также осознание того, в какой взаимосвязи находятся понятия здесь и сейчас (страдающего слабоумием мало заботит дата и время суток). Такой человек редко выходит из дома, все хуже понимает окружающий мир (свое непосредственное окружение, не говоря уже о большом широком мире), а со временем перестает понимать и себя самого, потому что все меньше способен что-либо воспринимать. В конце концов остается только оболочка человека, тогда как его дух, его неповторимая личность, его особенности и отличительные черты полностью утрачены.
Теряется не только личность, но и все связанные с ней факты. Страдающий деменцией более не знает ничего; он забывает, чем только что хотел заняться, делает по нескольку раз одно и то же и ничего из этого не запоминает. Отношение к другим людям тоже постепенно растворяется: сначала больные перестают узнавать знакомых из недавнего прошлого, а под конец – супругов и даже собственных детей.
Одновременно угасает восприятие прошлого и будущего: у пациентов, страдающих деменцией, наблюдается не только дезориентация во времени (ранний симптом), более того – они полностью утрачивают представление о времени как таковом. Они живут сиюминутно – тем, что касается только настоящего момента, а сознание никак не проявляется даже в периоды бодрствования.
Насколько сильно способность ориентироваться в пространстве зависит от обучения, показывают не только лондонские таксисты. На примере обычных детей различного происхождения можно убедительно продемонстрировать, что уровень ориентации в пространстве зависит от того, как именно ее тренировали. Дети и подростки, воспитанные в школах с углубленным преподаванием санскрита, показывают в тестах по ориентации в пространстве особенно хорошие результаты. Почему? Подобно латыни, санскрит – это мертвый язык из индогерманской языковой семьи, но он все еще входит в официальный список из 22 языков, которые могут использоваться правительствами индийских штатов для различных административных целей. В большинстве индийских школ его преподают как третий язык, после хинди и английского. Санскриту более 3000 лет, он имеет несколько видов письменности и был систематизирован за много столетий до рождения Христа. Индусы считают его священным языком, он и в наши дни используется при отправлении религиозных обрядов, потому что все важнейшие священные писания индуизма (Веды и Упанишады) написаны на санскрите. Самая древняя из четырех Вед – Ригведа, священное писание о богах, власти, силах и природе. В ней, как и в остальной литературе, написанной на санскрите, пространство разделено на 10 направлений, то есть наряду с верхом и низом существуют восемь сторон света; кроме севера, юга, востока и запада есть еще и северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Мысленное кодирование пространства у людей, изучавших санскрит, сформировано под влиянием схемы с восемью сторонами света. Она в известной степени определяет качество когнитивной карты[7] личности, то есть играет важную роль в определении собственного места в пространстве. Люди, обладающие подобным «мировоззрением», рассматривают пространство, свой мир вполне определенным образом – примерно как шахматист воспринимает фигуры на доске совершенно особым образом или как музыкант особым образом связан со своими инструментами. Геоцентрическое понимание пространства на базе санскрита пронизывает всю повседневную жизнь, чему также способствует погружение в религиозные практики индуизма.
В школах с интенсивным обучением санскриту характерна передача знаний через парадигму восьми сторон света. Детям не только сообщают направления в пространстве и их культурное значение; от них требуют использовать эти представления в своих повседневных упражнениях, например во время утренней и вечерней молитвы; при этом учащиеся получают конкретные наставления либо от учителей, либо от старших учеников. Если ученик допускает ошибку, его поправляют и объясняют, каким образом в дальнейшем можно будет избежать неправильного определения стороны света.
Если попросить учеников санскритской школы в возрасте 10–14 лет показать сторону света под открытым небом или даже в закрытом помещении, то выяснится, что 87% из них могут указать точно, тогда как среди учеников школ с интенсивным преподаванием хинди правильный ответ дают лишь 43%. Другое исследование подтвердило этот феномен впечатляющим способом: 51 индийского школьника в возрасте 11–15 лет спросили о сторонах света – сначала под открытым небом, а затем в помещении, – и они все дали правильные ответы. Аналогичное исследование было проведено в Женеве в специальном помещении. Результат: ни один ребенок не смог указать стороны света. После этого эксперимент усложнили: детям завязали глаза и попросили их несколько раз обернуться на месте. И в этом случае 80% учеников санскритских школ были в состоянии правильно назвать стороны света. Тогда детей с все еще завязанными глазами отвели в другое помещение, по пути несколько раз сворачивая, и снова попросили обернуться на месте, и вновь спросили про стороны света. Во время теста ученые следили за тем, чтобы после вращения дети стояли лицом в другом направлении, чем до того. Кроме того, руководитель эксперимента, который поворачивал детей, разговаривая с ними и спрашивая про стороны света, не стоял в одном и том же месте, а постоянно перемещался. И после этого 56% детей, обучавшихся санскриту, могли выполнить задание! Тот, кто обучался в санскритской школе, как будто всегда носит в голове гироскоп и благодаря этому обладает феноменальной способностью ориентироваться в пространстве.
Эти эксперименты подтверждают то, что давно известно современным нейробиологам и на что обратил внимание еще римский император Марк Аврелий. Как-то раз он заметил: «Со временем душа принимает цвет твоих мыслей». Конечно, Марк Аврелий понятия не имел о нейропластичности мозга, но он был полностью прав!
Тренировка: нейроны и мускулы
Вернемся к украденному из моего автомобиля навигационному прибору. Я был вынужден на собственном опыте узнать, какие последствия для водителя имеет ситуация, когда он в течение длительного времени мог совершенно не заботиться о том, где он, собственно, находится. Я возложил эту задачу на машину, которая приятным (чтобы не сказать убаюкивающим) женским голосом сообщала, как мне ехать. Эту умственную работу по ориентированию и навигации, которую я раньше выполнял сам, я доверил электронному устройству, примерно так, как можно избежать самостоятельного подъема по лестнице, воспользовавшись эскалатором или лифтом. Тот, кто часто это делает, добирается на четвертый этаж удобно и без одышки. Однако ему не стоит удивляться, что, если эскалатор или лифт выйдет из строя, он будет изрядно потеть, поднимаясь по лестнице (или – если он живет на двадцатом этаже – при перебоях в электроснабжении вынужден будет просить приюта у соседа, живущего на первом).
Известно, что растут только те мышцы, которые мы тренируем. Как мы знаем, так же обстоит дело и с головным мозгом. И хотя при интенсивном его использовании увеличивается размер не всего головного мозга, а его отдельных участков, происходящие процессы очень похожи: нейроны – клетки серого вещества в нашем головном мозге – обрабатывают информацию в форме электрических импульсов. Через нервные волокна, на концах которых находятся так называемые синапсы, импульсы передаются от одной нервной клетки к другой (рис. 2.6).
2.4. Нервная клетка под электронным микроскопом. Отростки, которые вы видите, проводят к телу нервной клетки электрический импульс химическим путем.
2.5. Фотография нейрона, сделанная с помощью оптического микроскопа. Однако этот снимок не показывает, как нервная ткань выглядит в действительности. Почему? Попытку сфотографировать отдельный нейрон можно сравнить с желанием фотографа запечатлеть в густых непроходимых джунглях одно-единственное дерево. Он отступает на пару шагов, чтобы взять его в кадр… но перед лицом фотографа тут же смыкаются ветви и листья других деревьев. Нужное дерево исчезло, скрытое буйно разросшимися соседними растениями. То же самое происходит и в головном мозге. Там нет единичных нейронов, как на этой иллюстрации. Здесь в нейрон ввели флуоресцентный краситель, а затем подсветили специальной лампой. Поэтому все остальные соседние нейроны (и прежде всего 10 000 соединенных с ним волокон) на этом снимке не видны и не перекрывают изображение.
2.6. Перенос нервных импульсов через синапс происходит за счет того, что при поступлении импульса (слева) маленькие пузырьки в утолщении на конце нервного волокна, содержащие медиаторы, соединяются со стенкой волокон (в середине), за счет чего медиатор высвобождается и, в свою очередь, причаливает к рецепторам клетки, готовой принять импульс (справа).
Сегодня каждый школьник знает, как через синапс посредством особых химических веществ (медиаторов) электрический импульс (так называемый потенциал действия) передается от одной нервной клетки к другой. Для того чтобы воспринять химический сигнал медиатора от клетки, передающей нервный импульс, «принимающая» клетка имеет специальные рецепторы. В макромолекулах этих рецепторов, в свою очередь, открываются ионные каналы, по которым в клетку начинают поступать частицы с определенным зарядом – ионы. Все это очень интересно. Однако еще интереснее то, чего в школе не проходят: значение этих процессов! Ибо импульс можно было бы передавать и без химического переноса, непосредственно от нейрона к нейрону. Это гораздо быстрее и намного эффективнее, так как потребовало бы меньших затрат драгоценной энергии. Зачем же нужны синапсы? Это вопрос не праздный, так как головной мозг человека, ваш головной мозг, содержит около 100 миллиардов нервных клеток, из которых каждая имеет до 10 тысяч соединений с другими нервными клетками. Количество этих соединений – синапсов – в вашем головном мозге составляет, таким образом, примерно миллион миллиардов! Можно просто отметить для себя – очень-очень много!
Известно, что растут только те мышцы, которые мы тренируем. Как мы знаем, так же обстоит дело и с головным мозгом. И хотя при интенсивном его использовании увеличивается размер не всего головного мозга, а его отдельных участков, происходящие процессы очень похожи: нейроны – клетки серого вещества в нашем головном мозге – обрабатывают информацию в форме электрических импульсов. Через нервные волокна, на концах которых находятся так называемые синапсы, импульсы передаются от одной нервной клетки к другой (рис. 2.6).
Сегодня каждый школьник знает, как через синапс посредством особых химических веществ (медиаторов) электрический импульс (так называемый потенциал действия) передается от одной нервной клетки к другой. Для того чтобы воспринять химический сигнал медиатора от клетки, передающей нервный импульс, «принимающая» клетка имеет специальные рецепторы. В макромолекулах этих рецепторов, в свою очередь, открываются ионные каналы, по которым в клетку начинают поступать частицы с определенным зарядом – ионы. Все это очень интересно. Однако еще интереснее то, чего в школе не проходят: значение этих процессов! Ибо импульс можно было бы передавать и без химического переноса, непосредственно от нейрона к нейрону. Это гораздо быстрее и намного эффективнее, так как потребовало бы меньших затрат драгоценной энергии. Зачем же нужны синапсы? Это вопрос не праздный, так как головной мозг человека, ваш головной мозг, содержит около 100 миллиардов нервных клеток, из которых каждая имеет до 10 тысяч соединений с другими нервными клетками. Количество этих соединений – синапсов – в вашем головном мозге составляет, таким образом, примерно миллион миллиардов! Можно просто отметить для себя – очень-очень много!
Следы памяти
Итак, почему природа создала синапсы? Нейробиология имеет четкий ответ на этот вопрос: потому что синапсы постоянно изменяются в зависимости от того, используют их или нет (рис. 2.7). И хотя, в отличие от мускулов, которые зримо увеличиваются в результате интенсивных упражнений, рост головного мозга после длительного умственного тренинга увидеть нельзя, в нем тоже происходят заметные изменения. Синапсы становятся толще, если их нагружают; если ими не пользуются, они хиреют и в конце концов отмирают.
2.7. Синапсы изменяют свой размер, если им дают нагрузку. Слева представлен синапс, через который раньше передавалось мало электрических импульсов. Соответственно размер его невелик. Через синапс справа проходило много импульсов, поэтому он заметно увеличился.
То, как синапсы постоянно появляются, перестраиваются, исчезают и возникают вновь, очень отчетливо показывают исследования головного мозга, проведенные в последние годы (см. рис. 2.8).
2.8. Возникновение новых синапсов благодаря интенсивному приобретению новых знаний, начатому и продолженному в течение нескольких дней. Сначала мы видим обычное состояние синапсов до начала интенсивного обучения. Однако за несколько дней усиленного умственного труда в клетках мозга образовались новые синапсы (на них указывают черные стрелки), а уже имеющиеся – исчезли (белые стрелки). Если мы учимся, то начиная с девятого дня, образуется все больше новых синапсов. Это особенно заметно на рисунках, выделенных пунктирной рамкой: здесь показано количество вновь появившихся синапсов на 12-й и 16-й день, то есть спустя четыре и восемь дней после начала интенсивного обучения.
Благодаря умственной деятельности головной мозг изменяется постоянно. А потому не забывайте, что вы не просто имеете головной мозг, подобно тому, как вы имеете сердце или две почки. Дело в том, что вы и есть ваш головной мозг! В этом отношении ваш головной мозг – самый главный орган вашего тела. Знаю, знаю: ваш кардиолог то же самое говорит про сердце, а что говорит ваш уролог, я и упоминать не хочу. Каждый врач-специалист занимается «своим» органом, и для него он самый важный. Кто же прав? А прав я, потому что ваш головной мозг – единственный орган, при трансплантации которого (предположим, это было бы выполнимо) вы охотнее стали бы донором, нежели реципиентом. Если вам пересаживают новое сердце или почку, то после операции вы остаетесь тем, кем были прежде. Если же вам пересадили бы донорский мозг, то после операции проснулся бы донор, посмотрел бы в зеркало и удивился, что он выглядит в точности как вы. А вы сами перестали бы существовать! Ибо то главное, что составляет вас, – вовсе не телесная оболочка, а ваша жизнь, ваш опыт и все то, что отложилось в вашем головном мозге.
Математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц знал об этом еще более 300 лет назад. Он придумал (почти одновременно с Ньютоном и независимо от него) интегральное математическое исчисление, при котором складывают бесконечное множество бесконечно малых величин – и тем не менее получают четкий результат, например 17,3 или 29,7. При этом о головном мозге человека он знал только одно: что этот орган находится в черепной коробке (и это не удивительно, ведь открытия нейронов и синапсов надо было дожидаться еще долгие годы). Тем не менее Лейбниц установил, что в головном мозге происходит много чего такого, чего мы, с одной стороны, не понимаем, но что, с другой стороны, имеет крайне важное значение.
Не имея никакого понятия о механизмах работы головного мозга, исключительно путем размышлений и расчетов, он разработал концепцию «малых перцепций» («малых восприятий»). Он предположил, что бессознательные «малые восприятия» подобны дифференциалу: только бесконечно большое их число, будучи суммированным, дает конечную, то есть различимую нами, величину, тогда как каждое «малое восприятие», взятое в отдельности, не достигает порога сознания. Тем самым он открыл бессознательные процессы и описал природу обучения и суть индивидуальности человека. Лейбниц был первым в мире нейроинформатиком!
Ваша жизнь, чувства, мысли и поступки оставляют следы в вашем головном мозге – следы памяти, как их называют вот уже больше ста лет. Насколько хорошо подходит это определение, стало окончательно ясно только благодаря современным нейронаукам. Как мы уже знаем, электрические импульсы проходят через нервные соединения (синапсы), и чем больше этих импульсов, тем активнее возникают новые синапсы и с каждым разом проводят импульсы лучше и лучше. Многочисленные импульсы «протаптывают дорожки» через ваш головной мозг. Эти «тропинки» реальны, то есть представление о них не является теоретическим построением. Формирование таких следов в течение последних десятилетий активно изучают биологи, а сам процесс образования «тропинок» назвали нейропластичностью. Однако для этого феномена есть и вовсе простое название: обучение.
2.9. Готфрид Вильгельм Лейбниц – первый нейроинформатик. Титульный лист его трактата, в котором ученый впервые опубликовал свои рассуждения.
Тот, кто в жизни много учился (не зубрил, а именно обдумал и мысленно переработал), у того в головном мозге много следов, позволяющих легко ориентироваться в мире и эффективно действовать. О таких людях говорят: он обладает высоким интеллектом.
То, как синапсы постоянно появляются, перестраиваются, исчезают и возникают вновь, очень отчетливо показывают исследования головного мозга, проведенные в последние годы (см. рис. 2.8).
Благодаря умственной деятельности головной мозг изменяется постоянно. А потому не забывайте, что вы не просто имеете головной мозг, подобно тому, как вы имеете сердце или две почки. Дело в том, что вы и есть ваш головной мозг! В этом отношении ваш головной мозг – самый главный орган вашего тела. Знаю, знаю: ваш кардиолог то же самое говорит про сердце, а что говорит ваш уролог, я и упоминать не хочу. Каждый врач-специалист занимается «своим» органом, и для него он самый важный. Кто же прав? А прав я, потому что ваш головной мозг – единственный орган, при трансплантации которого (предположим, это было бы выполнимо) вы охотнее стали бы донором, нежели реципиентом. Если вам пересаживают новое сердце или почку, то после операции вы остаетесь тем, кем были прежде. Если же вам пересадили бы донорский мозг, то после операции проснулся бы донор, посмотрел бы в зеркало и удивился, что он выглядит в точности как вы. А вы сами перестали бы существовать! Ибо то главное, что составляет вас, – вовсе не телесная оболочка, а ваша жизнь, ваш опыт и все то, что отложилось в вашем головном мозге.
Математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц знал об этом еще более 300 лет назад. Он придумал (почти одновременно с Ньютоном и независимо от него) интегральное математическое исчисление, при котором складывают бесконечное множество бесконечно малых величин – и тем не менее получают четкий результат, например 17,3 или 29,7. При этом о головном мозге человека он знал только одно: что этот орган находится в черепной коробке (и это не удивительно, ведь открытия нейронов и синапсов надо было дожидаться еще долгие годы). Тем не менее Лейбниц установил, что в головном мозге происходит много чего такого, чего мы, с одной стороны, не понимаем, но что, с другой стороны, имеет крайне важное значение.
Не имея никакого понятия о механизмах работы головного мозга, исключительно путем размышлений и расчетов, он разработал концепцию «малых перцепций» («малых восприятий»). Он предположил, что бессознательные «малые восприятия» подобны дифференциалу: только бесконечно большое их число, будучи суммированным, дает конечную, то есть различимую нами, величину, тогда как каждое «малое восприятие», взятое в отдельности, не достигает порога сознания. Тем самым он открыл бессознательные процессы и описал природу обучения и суть индивидуальности человека. Лейбниц был первым в мире нейроинформатиком!
Ваша жизнь, чувства, мысли и поступки оставляют следы в вашем головном мозге – следы памяти, как их называют вот уже больше ста лет. Насколько хорошо подходит это определение, стало окончательно ясно только благодаря современным нейронаукам. Как мы уже знаем, электрические импульсы проходят через нервные соединения (синапсы), и чем больше этих импульсов, тем активнее возникают новые синапсы и с каждым разом проводят импульсы лучше и лучше. Многочисленные импульсы «протаптывают дорожки» через ваш головной мозг. Эти «тропинки» реальны, то есть представление о них не является теоретическим построением. Формирование таких следов в течение последних десятилетий активно изучают биологи, а сам процесс образования «тропинок» назвали нейропластичностью. Однако для этого феномена есть и вовсе простое название: обучение.
Тот, кто в жизни много учился (не зубрил, а именно обдумал и мысленно переработал), у того в головном мозге много следов, позволяющих легко ориентироваться в мире и эффективно действовать. О таких людях говорят: он обладает высоким интеллектом.
Умственный упадок
Слово «деменция» – производное от латинских слов de (вниз) и mens (разум). Дословное его значение – умственный упадок. Это важно, потому что при любом упадке продолжительность и протекание процесса зависит от начальной его точки. Тому, кто стоит на песчаной дюне на берегу моря и начинает спуск до уровня моря, много времени не понадобится. Но тот, кто начинает спуск с вершины Эвереста, будет еще долго находиться на большой высоте (несмотря на то что он неуклонно спускается вниз).
Аналогичные процессы происходят и при деменции. Здесь умственная работоспособность снижается в конечном итоге потому, что нервные клетки отмирают. Из целого ряда исследований, посвященных самым различным формам разрушения нервных клеток, нам известно, что процесс отмирания для самого человека, как правило, идет незаметно.
Функционирование нейронных (то есть состоящих из нервных клеток) сетей можно моделировать в цифровом виде. Такие модели объективно показывают, что нейронные сети при отмирании отдельных нейронов ведут себя совсем иначе, чем, например, компьютер при отказе отдельных узлов. Если компьютер более не работает, мы говорим: рухнула система. Другими словами, он не выходит из строя постепенно, как, например, ваш диван в гостиной (никто не говорит: «мой диван обрушился»), а прекращает работать мгновенно. Цифровые модели нейронных сетей ведут себя по-другому. Они, как правило, все еще функционируют без видимых изменений, даже когда 70% нервных клеток уже отказали. Начиная с этого момента, функция резко снижается, но и при 85% дефектных нервных клеток она все еще до некоторой степени сохраняется. Только когда более 90% нервных клеток разрушено, сеть функционирует совсем слабо, и скоро ее работа прекратится совсем.
Точно так все происходит и с реальными нейронами в головном мозге. Сегодня мы знаем, что при заболеваниях головного мозга, при которых оказываются уничтоженными его нервные клетки, явные повреждения существуют уже задолго до появления первых симптомов. При болезни Паркинсона – заболевании определенных нервных клеток, отвечающих за контроль движений тела, – первые симптомы (тремор, акинезия и мышечная ригидность) появляются, как правило, лишь тогда, когда отмерло уже намного больше половины этих специфических нервных клеток.
В предыдущей главе мы уже видели, что на ранней стадии болезни Альцгеймера недугом затронута лишь малая часть головного мозга, и лишь позже заболевание распространяется на весь головной мозг. Исходя из этого, можно хорошо представить себе (и тому есть соответствующие доказательства), что распад нервных клеток начинается задолго до того, как появляются субъективно заметные и объективно доказуемые симптомы болезни. Говорят также о когнитивной резервной мощности, которой человек обладает и к которой он может прибегать, когда его основные ресурсы истощаются. Чем больше эта резервная мощность, тем позднее проявится умственный упадок. Она однозначно зависит от того, насколько хорошо головной мозг был тренирован до упадка.
2.10. Умственный упадок и симптоматика деменции
Эта иллюстрация нуждается в пояснении: в нашем головном мозге не обрабатывается все и везде – определенные участки специализированы на определенных функциях. Как уже упоминалось, гиппокамп имеет ключевую функцию в формировании новых содержаний памяти – именно его болезнь Альцгеймера затрагивает уже на очень ранней стадии этого заболевания. Если функция гиппокампа снижается, новые содержания не откладываются в памяти столь же хорошо, как прежде. Например, пожилой человек точно знает, что подавали на стол на его свадьбе, но не может вспомнить, что он ел вчера на обед. Это – одно из типичных проявлений начинающегося слабоумия. Память о далеких по времени событиях еще сохраняется, а новые факты, напротив, не запоминаются. Другая особенность гиппокампа заключается в том, что в нем (в отличие от почти всех остальных отделов головного мозга) на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки.
Аналогичные процессы происходят и при деменции. Здесь умственная работоспособность снижается в конечном итоге потому, что нервные клетки отмирают. Из целого ряда исследований, посвященных самым различным формам разрушения нервных клеток, нам известно, что процесс отмирания для самого человека, как правило, идет незаметно.
Функционирование нейронных (то есть состоящих из нервных клеток) сетей можно моделировать в цифровом виде. Такие модели объективно показывают, что нейронные сети при отмирании отдельных нейронов ведут себя совсем иначе, чем, например, компьютер при отказе отдельных узлов. Если компьютер более не работает, мы говорим: рухнула система. Другими словами, он не выходит из строя постепенно, как, например, ваш диван в гостиной (никто не говорит: «мой диван обрушился»), а прекращает работать мгновенно. Цифровые модели нейронных сетей ведут себя по-другому. Они, как правило, все еще функционируют без видимых изменений, даже когда 70% нервных клеток уже отказали. Начиная с этого момента, функция резко снижается, но и при 85% дефектных нервных клеток она все еще до некоторой степени сохраняется. Только когда более 90% нервных клеток разрушено, сеть функционирует совсем слабо, и скоро ее работа прекратится совсем.
Точно так все происходит и с реальными нейронами в головном мозге. Сегодня мы знаем, что при заболеваниях головного мозга, при которых оказываются уничтоженными его нервные клетки, явные повреждения существуют уже задолго до появления первых симптомов. При болезни Паркинсона – заболевании определенных нервных клеток, отвечающих за контроль движений тела, – первые симптомы (тремор, акинезия и мышечная ригидность) появляются, как правило, лишь тогда, когда отмерло уже намного больше половины этих специфических нервных клеток.
В предыдущей главе мы уже видели, что на ранней стадии болезни Альцгеймера недугом затронута лишь малая часть головного мозга, и лишь позже заболевание распространяется на весь головной мозг. Исходя из этого, можно хорошо представить себе (и тому есть соответствующие доказательства), что распад нервных клеток начинается задолго до того, как появляются субъективно заметные и объективно доказуемые симптомы болезни. Говорят также о когнитивной резервной мощности, которой человек обладает и к которой он может прибегать, когда его основные ресурсы истощаются. Чем больше эта резервная мощность, тем позднее проявится умственный упадок. Она однозначно зависит от того, насколько хорошо головной мозг был тренирован до упадка.
Эта иллюстрация нуждается в пояснении: в нашем головном мозге не обрабатывается все и везде – определенные участки специализированы на определенных функциях. Как уже упоминалось, гиппокамп имеет ключевую функцию в формировании новых содержаний памяти – именно его болезнь Альцгеймера затрагивает уже на очень ранней стадии этого заболевания. Если функция гиппокампа снижается, новые содержания не откладываются в памяти столь же хорошо, как прежде. Например, пожилой человек точно знает, что подавали на стол на его свадьбе, но не может вспомнить, что он ел вчера на обед. Это – одно из типичных проявлений начинающегося слабоумия. Память о далеких по времени событиях еще сохраняется, а новые факты, напротив, не запоминаются. Другая особенность гиппокампа заключается в том, что в нем (в отличие от почти всех остальных отделов головного мозга) на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки.
Новые клетки в старом головном мозге
Долгое время в нейронауке считалось догмой, что человеческие нервные клетки уже при рождении полностью сформированы. Существовало твердое убеждение, что новые нервные клетки не образуются, зато ежедневно какое-то их количество отмирает. Меня это так беспокоило, что много лет назад я решил проверить широко распространенную «народную мудрость», гласившую, что каждый день отмирает примерно 10 000 нервных клеток. Если исходить из того, что всего нервных клеток около 100 миллиардов и что ежедневно отмирают 10 000 нервных клеток, то простой расчет показывает, что при таких исходных данных человек в возрасте 70 лет утратил бы 1,3% своих нервных клеток. Эта цифра меня полностью успокоила.
С некоторых пор мы можем быть еще спокойнее: в течение 1990-х годов появилось большое количество доказательств тому, что у мышей и крыс на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки; ранее это было известно только о певчих птицах.
В середине 1990-х гг. в среде нейробиологов разгорелся ожесточенный спор о том, возникают ли новые нервные клетки и у взрослых людей. Спор этот принес плоды, так как породил целый ряд исследований, которые смогли прояснить суть дела: в коре головного мозга у взрослых людей новые нервные клетки не вырастают; зато в гиппокампе (это мы с вами уже знаем!) нервные клетки очень легко отмирают, но, с другой стороны, именно здесь растут новые нервные клетки (прямо сейчас, например, у вас!).
Почему же рост головного мозга происходит в самых разных его участках, если новые нейроны вырастают только в гиппокампе? Да потому что рост головного мозга и рост новых нейронов – не одно и то же. Участки коры головного мозга растут вследствие соответствующей тренировки, но дополнительные нейроны при этом не образуются – больше становятся уже существующие нейроны: места их соединений с другими нервными клетками становятся толще; увеличиваются и разветвления древоподобных отростков. Таким образом, рост участка коры головного мозга не означает, что возникли новые нейроны, а говорит о том, что изменились уже имеющиеся.
Совсем другие процессы происходят в гиппокампе. Там нервные клетки постоянно работают с полной нагрузкой и потому чаще всего отмирают, если добавляется дополнительная нагрузка (например, стресс). Взамен вырастают новые нервные клетки. Эксперименты с крысами, в частности, показали, что в гиппокампе каждый день образуется от 5000 до 10 000 нервных клеток. Относительно гиппокампа человека, к сожалению, до сих пор нет никаких цифр, однако вряд ли они окажутся меньше, чем у крысы.
Недавно ученые смогли доказать, что эти вновь образовавшиеся нервные клетки особенно легко обучаемы. Можно, конечно, сказать: «Ну и что, они же пока ничему и не научились, зато они молоды и свежи». Однако все не так просто. Ни в коем случае нельзя утверждать, что вновь образованные нервные клетки сразу же включаются в работу, потому что для этого им надо успеть выстроиться в существующую сеть. Компьютер на моем рабочем столе тоже не станет работать быстрее, если я как попало вставлю пару микросхем. Дополнительные компоненты системы обработки данных можно использовать, только надлежащим образом соединив их с уже имеющимися. Точно так же обстоит дело и с вновь образующимися нервными клетками. Одно лишь наличие их в головном мозге еще ничего не дает, потому что новые клетки надо сначала объединить в сеть с уже существующими. Только тогда они могут внести вклад в работу всей системы.
С некоторых пор мы можем быть еще спокойнее: в течение 1990-х годов появилось большое количество доказательств тому, что у мышей и крыс на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки; ранее это было известно только о певчих птицах.
В середине 1990-х гг. в среде нейробиологов разгорелся ожесточенный спор о том, возникают ли новые нервные клетки и у взрослых людей. Спор этот принес плоды, так как породил целый ряд исследований, которые смогли прояснить суть дела: в коре головного мозга у взрослых людей новые нервные клетки не вырастают; зато в гиппокампе (это мы с вами уже знаем!) нервные клетки очень легко отмирают, но, с другой стороны, именно здесь растут новые нервные клетки (прямо сейчас, например, у вас!).
Почему же рост головного мозга происходит в самых разных его участках, если новые нейроны вырастают только в гиппокампе? Да потому что рост головного мозга и рост новых нейронов – не одно и то же. Участки коры головного мозга растут вследствие соответствующей тренировки, но дополнительные нейроны при этом не образуются – больше становятся уже существующие нейроны: места их соединений с другими нервными клетками становятся толще; увеличиваются и разветвления древоподобных отростков. Таким образом, рост участка коры головного мозга не означает, что возникли новые нейроны, а говорит о том, что изменились уже имеющиеся.
Совсем другие процессы происходят в гиппокампе. Там нервные клетки постоянно работают с полной нагрузкой и потому чаще всего отмирают, если добавляется дополнительная нагрузка (например, стресс). Взамен вырастают новые нервные клетки. Эксперименты с крысами, в частности, показали, что в гиппокампе каждый день образуется от 5000 до 10 000 нервных клеток. Относительно гиппокампа человека, к сожалению, до сих пор нет никаких цифр, однако вряд ли они окажутся меньше, чем у крысы.
Недавно ученые смогли доказать, что эти вновь образовавшиеся нервные клетки особенно легко обучаемы. Можно, конечно, сказать: «Ну и что, они же пока ничему и не научились, зато они молоды и свежи». Однако все не так просто. Ни в коем случае нельзя утверждать, что вновь образованные нервные клетки сразу же включаются в работу, потому что для этого им надо успеть выстроиться в существующую сеть. Компьютер на моем рабочем столе тоже не станет работать быстрее, если я как попало вставлю пару микросхем. Дополнительные компоненты системы обработки данных можно использовать, только надлежащим образом соединив их с уже имеющимися. Точно так же обстоит дело и с вновь образующимися нервными клетками. Одно лишь наличие их в головном мозге еще ничего не дает, потому что новые клетки надо сначала объединить в сеть с уже существующими. Только тогда они могут внести вклад в работу всей системы.