Факультет: геотехнологий и управления производством
Специальность: Разработка полезных месторождений
Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики — одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь всё, что до сих пор исследовалось — и атом, и галактика, и мозг животного — было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остаётся опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных — мозг против мозга.
Грандиозность задачи привлекала многие великие умы: о принципах работы мозга высказывались и Гиппократ, и Аристотель, и Декарт и многие другие. В прошлом веке были обнаружены зоны мозга, отвечающие за речь, — по имени открывателей их называют области Брока и Вернике. Однако настоящее научное исследование мозга началось с работ нашего гениального соотечественника И.М. Сеченова. Далее — В.М. Бехтерев, И.П. Павлов… Здесь я остановлюсь в перечислении имён, так как выдающихся исследователей мозга в двадцатом веке много, и слишком велика опасность кого-нибудь пропустить. Были сделаны великие открытия, но возможности методик того времени для изучения человеческих функций весьма ограничены: психологические тесты, клинические наблюдения и начиная с тридцатых годов электроэнцефалограмма. Это всё равно, что пытаться узнать, как работает телевизор, по гудению ламп и трансформаторов или по температуре футляра, либо попробовать понять роль составляющих его блоков, исходя из того, что произойдёт с телевизором, если этот блок разбить. Однако устройство мозга, его морфологию изучили уже довольно хорошо. А вот представления о функционировании отдельных нервных клеток были очень отрывочными. Таким образом, не хватало полноты знаний о кирпичиках, составляющих мозг, и необходимых инструментов для их исследования.
Головной мозг человека, орган, координирующий и регулирующий все жизненные функции организма и контролирующий поведение [ 10 ]. Все наши мысли, чувства, ощущения, желания и движения связаны с работой мозга, и если он не функционирует, человек переходит в вегетативное состояние: утрачивается способность к каким-либо действиям, ощущениям или реакциям на внешние воздействия. Данная статья посвящена мозгу человека, более сложному и высокоорганизованному, чем мозг животных.
Головной мозг – симметричная структура, как и большинство других частей тела. При рождении его вес составляет примерно 0,3 кг, тогда как у взрослого он – ок. 1,5 кг [ 1 ]. При внешнем осмотре мозга внимание прежде всего привлекают два больших полушария, скрывающие под собой более глубинные образования. Кровоснабжение головного мозга обеспечивают в первую очередь сонные артерии; у основания мозга они разделяются на крупные ветви, идущие к различным его отделам. Хотя вес мозга составляет всего 2,5% веса тела, к нему постоянно, днем и ночью, поступает 20% циркулирующей в организме крови и соответственно кислорода. Энергетические запасы самого мозга крайне невелики, так что он чрезвычайно зависим от снабжения кислородом. Существуют защитные механизмы, способные поддержать мозговой кровоток в случае кровотечения или травмы. Особенностью мозгового кровообращения является также наличие т.н. гематоэнцефалического барьера. Он состоит из нескольких мембран, ограничивающих проницаемость сосудистых стенок и поступление многих соединений из крови в вещество мозга; таким образом, этот барьер выполняет защитные функции. Через него не проникают, например, многие лекарственные вещества. Клетки ЦНС называются нейронами; их функция – обработка информации. В мозгу человека от 5 до 20 млрд. нейронов. В состав мозга входят также глиальные клетки, их примерно в 10 раз больше, чем нейронов. Глия заполняет пространство между нейронами, образуя несущий каркас нервной ткани, а также выполняет метаболические и другие функции.
Рассмотрим простой пример. Что происходит, когда мы берем в руку карандаш, лежащий на столе? Свет, отраженный от карандаша, фокусируется в глазу хрусталиком и направляется на сетчатку, где возникает изображение карандаша; оно воспринимается соответствующими клетками, от которых сигнал идет в основные чувствительные передающие ядра головного мозга, расположенные в таламусе (зрительном бугре), преимущественно в той его части, которую называют латеральным коленчатым телом. Там активируются многочисленные нейроны, которые реагируют на распределение света и темноты. Аксоны нейронов латерального коленчатого тела идут к первичной зрительной коре, расположенной в затылочной доле больших полушарий [ 1 ]. Импульсы, пришедшие из таламуса в эту часть коры, преобразуются в ней в сложную последовательность разрядов корковых нейронов, одни из которых реагируют на границу между карандашом и столом, другие – на углы в изображении карандаша и т.д. Из первичной зрительной коры информация по аксонам поступает в ассоциативную зрительную кору, где происходит распознавание образов, в данном случае карандаша. Распознавание в этой части коры основано на предварительно накопленных знаниях о внешних очертаниях предметов. Планирование движения (т.е. взятия карандаша) происходит, вероятно, в коре лобных долей больших полушарий. В этой же области коры расположены двигательные нейроны, которые отдают команды мышцам руки и пальцев. Приближение руки к карандашу контролируется зрительной системой и интерорецепторами, воспринимающими положение мышц и суставов, информация от которых поступает в ЦНС. Когда мы берем карандаш в руку, рецепторы в кончиках пальцев, воспринимающие давление, сообщают, хорошо ли пальцы обхватили карандаш и каким должно быть усилие, чтобы его удержать. Если мы захотим написать карандашом свое имя, потребуется активация другой хранящейся в мозге информации, обеспечивающей это более сложное движение, а зрительный контроль будет способствовать повышению его точности.
На приведенном примере видно, что выполнение довольно простого действия вовлекает обширные области мозга, простирающиеся от коры до подкорковых отделов. При более сложных формах поведения, связанных с речью или мышлением, активируются другие нейронные цепи, охватывающие еще более обширные области мозга.
Исследования мозга затруднены по двум основным причинам. Во-первых, к мозгу, надежно защищенному черепом, невозможен прямой доступ. Во-вторых, нейроны мозга не регенерируют, поэтому любое вмешательство может привести к необратимому повреждению. Несмотря на эти трудности, исследования мозга и некоторые формы его лечения (прежде всего нейрохирургическое вмешательство) известны с древних времен. Археологические находки показывают, что уже в древности человек производил трепанацию черепа, чтобы получить доступ к мозгу. Особенно интенсивные исследования мозга проводились в периоды войн, когда можно было наблюдать разнообразные черепно-мозговые травмы.
Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных имплантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время учёные начали понимать, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н.П. Бехтерева и её сотрудники [ 3 ]. Так были получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении его важнейших разделов — коры и подкорки и многие другие. Однако мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, а с помощью электродов можно наблюдать лишь за десятками, да и то в поле зрения исследователей часто попадают не те клетки, которые нужны для исследования, а те, что оказались рядом с лечебным электродом.
Электрическую активность мозга у экспериментальных животных регистрируют с помощью электродов, размещенных на поверхности головы или мозга либо введенных в вещество мозга. Таким образом удается определить активность небольших групп нейронов или отдельных нейронов, а также выявить изменения ионных потоков через мембрану. С помощью стереотаксического прибора, позволяющего ввести электрод в определенную точку мозга, исследуют его малодоступные глубинные отделы..
Другой подход состоит в том, что извлекают небольшие участки живой мозговой ткани, после чего ее существование поддерживают в виде среза, помещенного в питательную среду, или же клетки разобщают и изучают в клеточных культурах. В первом случае можно исследовать взаимодействие нейронов, во втором – жизнедеятельность отдельных клеток.
При изучении электрической активности отдельных нейронов или их групп в различных областях мозга вначале обычно регистрируют исходную активность, затем определяют эффект того или иного воздействия на функцию клеток. Согласно другому методу, через имплантированный электрод подается электрический импульс, с тем чтобы искусственно активировать ближайшие нейроны. Так можно изучать воздействие определенных зон мозга на другие его области. Этот метод электрической стимуляции оказался полезен при исследовании стволовых активирующих систем, проходящих через средний мозг; к нему прибегают также и при попытках понять, как протекают процессы научения и памяти на синаптическом уровне.
Уже сто лет назад стало ясно, что функции левого и правого полушарий различны. Французский хирург П.Брока, наблюдая за больными с нарушением мозгового кровообращения (инсультом), обнаружил, что расстройством речи страдали только больные с повреждением левого полушария. В дальнейшем исследования специализации полушарий были продолжены с помощью иных методов, например регистрации ЭЭГ и вызванных потенциалов.
В последние годы для получения изображения (визуализации) мозга используют сложные технологии. Так, компьютерная томография (КТ) произвела революцию в клинической неврологии, позволив получать прижизненное детальное (послойное) изображение структур мозга. Другой метод визуализации – позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) – дает картину метаболической активности мозга. В этом случае человеку вводится короткоживущий радиоизотоп, который накапливается в различных отделах мозга, причем тем больше, чем выше их метаболическая активность. С помощью ПЭТ было также показано, что речевые функции у большинства обследованных связаны с левым полушарием. Поскольку мозг работает с использованием огромного числа параллельных структур, ПЭТ дает такую информацию о функциях мозга, которая не может быть получена с помощью одиночных электродов..
Как правило, исследования мозга проводятся с применением комплекса методов. Например, американский нейробиолог Р.Сперри с сотрудниками в качестве лечебной процедуры производил перерезку мозолистого тела (пучка аксонов, связывающих оба полушария) у некоторых больных эпилепсией. В последующем у этих больных с «расщепленным» мозгом исследовалась специализация полушарий. Было выявлено, что за речь и другие логические и аналитические функции ответственно преимущественно доминантное (обычно левое) полушарие, тогда как недоминантное полушарие анализирует пространственно-временные параметры внешней среды. Так, оно активируется, когда мы слушаем музыку. Мозаичная картина активности мозга свидетельствует о том, что внутри коры и подкорковых структур существуют многочисленные специализированные области; одновременная активность этих областей подтверждает концепцию мозга как вычислительного устройства с параллельной обработкой данных.
С появлением новых методов исследования представления о функциях мозга, вероятно, будут видоизменяться. Применение аппаратов, позволяющих получать «карту» метаболической активности различных отделов мозга, а также использование молекулярно-генетических подходов должны углубить наши знания о протекающих в мозгу процессах.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе пришли сенсационному к выводу, что у человека пик мозговой активности приходится на 39 лет, после чего мыслительные процессы постепенно заметляються. Это вполне соответствует выводам американского психолога Гарвела Лемана, изучавшего научные достижения 244 исследователей, сделавших 993 научных открытия в области химии. Он выяснил, что наивысший период творческой активности у них приходится на 30-35 лет, к 50 активность спадает в 2 раза, а к 70 годам составляет 5-10% от максимума. Он же подсчитал, что традиционно выдающиеся писатели-прозаики создают шедевры в возрасте до 45 лет, а у поэтов этот рубеж располагается даже на 10-15 лет раньше.
Клетки мозга начинают отмирать уже в молодости - по достижении 20-летнего возраста. Потом количество нейронов сокращается все быстрее и быстрее, но это естественный процесс старения, и на умственных способностях он практически не отражается. Дело в том, что IQ связан вовсе не с количеством нейронов в мозгу, а с их "качеством", т.е. работоспособностью. Известно, что нейроны покрыты особой жировой оболочкой (миелином), которая работает как изоляция на электропроводах, - именно она способствует быстрой передаче нервного сигнала от различных рецепторов к мозгу [ 5 ]. А значит, помогает быстро соображать и реагировать на внешние раздражители. И именно после 39 лет эта оболочка начинает слабеть, истончается и постепенно теряет способность проводить частые сигналы.
Очередное забавное исследование провели американские ученые, которые поставили перед собой следующую цель: выяснить, насколько хорошо у среднестатистического человека, который увлекается играми, развито зрительное восприятие. [ 2 ] Ученые долгое время считали, что человек может одновременно наблюдать за четырьмя движущимися предметами. Однако, согласно результатам последнего исследования, в котором участникам теста пришлось наблюдать за шестнадцатью точками, медленно перемещающимися по компьютерному экрану, у современного человека (в частности, геймера) этот показатель значительно выше. Итак, мозг человека способен одновременно обрабатывать информацию о восьми движущихся предметах. Ученые также доказали, что главным фактором тут является скорость движения объектов - как только точки на экране преодолевали скорость в 15 см/с, все участники теста смогли отслеживать перемещение лишь одной из них.
Учёными из Университета Калифорнии (University of California) было проведено исследование, в котором изучалось воздействие интернета на человеческий мозг. Возглавлял научную работу профессор Гэри Смолл (Gray Small) из института Семела (при Университете), специализирующимся на изучении нейрологии и человеского поведения [ 7 ]. Исследование показало, что у людей преклонного возраста во время сёрфинга в интернете активизируются участки мозга, отвечающие за принятие решений и комплексное мышление в целом. Говоря другими словами, работа с поисковиками является очень полезным занятием, стимулирующим и улучшающим мозговую активность, а также препятствующим возникновению такого страшного заболевания, как болезнь Альцгеймера.
Однако здесь есть и другая сторона медали. «Нам приходиться признать, что у технологий есть и свои минусы. Люди становятся зависимыми от интернета, что может стать причиной синдрома нарушенного внимания и других проблем. Так что мы хотим найти золотую середину между технологиями и активностью в реальной жизни», — отмечает Смолл.
Большой мозг – признак не ума, а лени.
Кто на свете всех умнее? На этот вопрос еще в начале XX века отвечали: тот, у кого мозг больше [ 4 ]. Вот человек – царь природы, существо мыслящее, а все потому, что из всех живых существ нашей планеты самый крупный мозг именно у него (конечно, мозг слона больше, но если измерять относительно размера тела, то человек оказывается несомненным лидером). Значит, индивидуум, наделенный большим мозгом, по уму и сообразительности даст фору другому Homo sapiens, у которого "мозгов меньше". Собственно, эта теория вроде бы нашла подтверждение, когда исследователи начали проводить измерения головного мозга знаменитых людей. Оказалось, что если мозг обычного взрослого человека весит примерно 1,4 кг, то показатели многих гениев значительно превышают норму. Однако эта теория рассыпалась в прах, когда выяснилось, что самый большой и тяжелый мозг (2850 г) принадлежал пациенту психиатрической больницы, страдающему идиотизмом. И наоборот, немалое число гениальных людей по весу мозга не дотягивали даже до среднестатистической цифры. Так, мозг Анатоля Франса весил всего 1017 г, а мозг великого химика Юстуса Либиха – менее килограмма. Кроме того, науке известны случаи, когда люди не только жили, но и мыслили с сильно поврежденным или вообще почти отсутствующим мозгом. Также оказалось, что мозг различается по весу у представителей разных наций. До недавнего времени самым тяжелым мозгом считался бурятский (совсем недавно было установлено, что первенство здесь за монголами). Русские мозги находятся на четвертой позиции после белорусских, немецких и украинских. Далее следуют корейцы, чехи и англичане; в конце списка – японцы и французы. А обладателями самого маленького мозга являются коренные австралийцы: мозг среднестатистического аборигена весит около килограмма.
Некоторые ученые полагают, что мозг человека начал формироваться в зависимости от климата и сложности окружающей обстановки. Трудности выживания в условиях резких перемен климата в течение года, постоянный поиск средств к существованию являются тренировкой для головного мозга и способствуют его увеличению так же, как однообразный физический труд увеличивает мускулатуру. Но это всего лишь теория. Но поскольку было установлено, что размер мозга с интеллектом напрямую не связан, исследования продолжались. Причины выдающихся мыслительных способностей, разумеется, пытались выяснить на основе изучения мозга почивших гениев.
В СССР после смерти Ленина его мозг (несмотря на протесты близких) был предоставлен в распоряжение ученых, руководил которыми немецкий нейрофизиолог Оскар Фогт. Сначала в 1925 г. была создана лаборатория по изучению мозга Ленина, а 3 года спустя на ее основе возник Институт мозга, в котором решено было собрать самые выдающиеся советские "мозги". В 20-30-е гг. экспонатами музея стали: мозг Калинина, Кирова, Куйбышева, Крупской, Луначарского, Горького, Андрея Белого, Маяковского, Мичурина, Павлова, Циолковского... Коллекция продолжала увеличиваться и после войны, но не в столь высоком темпе. Однако, несмотря на то, что открытий в этом институте было сделано немало, от чего все-таки зависит интеллект человека, выяснить не удалось.
Сейчас на этот счет существует ряд теорий. Некоторое время считалось, что относительный интеллект личности определяет количество мозговых клеток (нейронов), однако русский профессор Петр Анохин открыл, что вовсе не количество нейронов играет роль, а число связей между ними. Знаменитый испанский нейрофизиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль также считал, что мыслительные способности зависят не столько от общего веса или объема мозга, сколько от числа связей, которые образуют друг с другом нейроны. Сегодня ученые говорят, что в мозге каждого из нас есть клетки, отвечающие за определенные способности, и даже целые структуры, делающие одного человека талантливым музыкантом, другого – метким стрелком, третьего – гениальным физиком. Доктор Брюс Миллер из Калифорнийского университета заявил, что ему удалось обнаружить в мозгу "блок гениальности" – особую зону, расположенную в правой височной доле. Ее функция – подавлять потенциальную возможность человека стать гением. Миллер уверяет, что если эту зону полностью "отключить", то творческие способности подскочат до немыслимых высот. И все же, возвращаясь к вопросу о большом мозге. Если ли все-таки хоть какое-нибудь преимущество у людей с большим объемом серого вещества? Руководитель лаборатории развития нервной системы НИИ морфологии человека РАН Сергей Савельев говорит, что среди людей с большим мозгом больше лентяев. "Работа такого серьезного механизма, как мозг, – поясняет Савельев, – требует больших энергетических затрат. Судите сами. В "бездумном" состоянии мозг расходует 9% всей энергии и 20% кислорода, но стоит человеку задуматься о чем-нибудь серьезном, как его "серое вещество" разом поглотит до 25% поступивших в организм питательных веществ. Организму это не нравится, он быстро устает, и потому человек интуитивно стремится к более легкой жизни. В нахождении различных способов лоботрясничества ему нет равных. Но уж если обладатель тяжелого мозга переборет свою лень, он может свернуть горы. Ведь люди с большой массой мозга обладают большей способностью к вариативности". Кстати, обладатели самого большого мозга – монголы – считаются признанными лентяями. Да и сами монголы подтверждают, что довольно ленивы, не случайно у них есть привычка откладывать на завтра все дела, хотя их можно завершить сегодня. Этому даже соответствует поговорка: "Не кончится монгольское "завтра".
Опыты с животными показали, что млекопитающие с "тяжелыми" мозгами более устойчивы к стрессу. Выяснилось, что, например, мыши с большим мозгом намного более флегматичны, чем их обделенные серым веществом собратья, и достаточно легко переживают различные стрессовые ситуации. Более того, обнаружилась, что равные дозы алкоголя вызывали у двух подопытных групп грызунов совершенно разные реакции: если "мозговитые" мыши становились более активны и подвижны, то их сородичи, обделенные мозгами, напротив, делались ленивы и печальны. Между тем на сообразительность масса мозга, как оказалось, даже у мышей никоим образом не влияет: мыши обеих групп с одинаковой скоростью и результатом справлялись (или не справлялись) с логическими задачами, поставленными перед ними учеными.
Мозгу человека необходима качественная и полезная пища. К такому выводу приходит целый ряд французских исследователей. Свои взгляды на проблему борьбы со старением мозга они изложили на прошедшем в парижском госпитале "Биша" традиционном ежегодном коллоквиуме. Это один из самых популярных в Западной Европе форумов обсуждения новейших достижений медицины.
Как подчеркивают французские специалисты, опираясь на целый ряд исследований, работа человеческого мозга во многом зависит именно от тех веществ, которые он получает для своего "питания". Однако, напоминают медики, человеческий мозг, в отличие от желудка, отнюдь не "требует" пищи от своего владельца [ 8 ]. Более того, он даже может стать "виновником" своего плохого питания, когда отдает пожилым людям "приказы", которые приводят к снижению потребления ими полезной пищи, а также к снижению физической активности. "Нет ничего опаснее для мозга, чем пустой холодильник и полная аптечка лекарств", - заявила, выступая на слушаниях в Биша, геронтолог и специалист по питанию Моник Ферри.
Она подчеркнула важность установления контроля со стороны врачей и родственников пожилых людей над их питанием. Это, уверена специалист, позволит значительно замедлить у престарелых людей старение мозга, возникновение у них нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера.
Врачи напоминают в этой связи, что с возрастом у человека начинают значительно ухудшаться когнитивные функции организма - восприятие пространства и движение в нем, двигательные функции речи, в целом, и работа памяти. В то же время пожилые люди склонны "устранять" из своего рациона питания весьма полезные для них продукты, в частности, содержащие селен и различные антиоксиданты. Исследования показали, что весьма часто возникновению нарушений когнитивных функций предшествует в течение ряда лет снижение веса пожилого человека в результате его неправильного питания. Наряду с восстановлением оптимального рациона врачи рекомендуют не забывать о физической и социальной активности. Так, пожилым людям следует в меру своих сил и здоровья ходить по лестницам, периодически заниматься уборкой помещения, давая тем самым себе разумную физическую нагрузку. В питании следует, прежде всего ограничить количество жиров, особенно насыщенных (животного происхождения, продукты с пальмовым маслом). Весьма важным, считают специалисты по питанию, и потребление пожилыми людьми пищи, содержащей кислоты омега-3 и омега-6. Именно они важны для обеспечения эффективной "подпитки" мозга. Велика роль и такого элемента как DHA - докозагексаеновой кислоты, относящейся к группе омега-3. Новейшие исследования на животных указали на защитное воздействие, которое оказывает DHA на мозг.
Старческий организм лишь в крайне небольших количествах способен синтезировать DHA. Но при этом напоминают специалисты, следует соблюдать меру - антиоксиданты, в частности, та же DHA, при их излишнем приеме могут сыграть полностью противоположную роль - оксидантов. Пожилым людям необходимо внимательно следить за своим давлением. Ни в коем случае им не следует изолироваться от общества, сводить до минимума свои социальные связи. Ряд медицинских специалистов отметили на коллоквиуме в Париже, что следование эффективному и разумному рациону "превентивного питания" мозга может стать важным альтернативным путем для защиты его функций от старения и опасных заболеваний. Они напомнили при этом, что на пути борьбы, например, с болезнью Альцгеймера, крупных результатов, то есть создания эффективного медикаментозного средства, науке до сих пор добиться не удалось.
Люди до сих пор верят в то, что клетки головного мозга постоянно умирают и не восстанавливаются - этому причиной может быть стресс, нервные напряжения, алкоголь, курение. Однако же это в корне неверно. Да, клетки головного мозга отмирают, но мозг умеет их восстанавливать, причем данный процесс уже давно известен нейрологам. Даже в случаях повреждения обширных областей головного мозга этот великолепный орган умеет восстанавливать уничтоженное. Конечно, не во всех случаях, но в большинстве.
Миф о 10%. Это наверное самый распространенный миф, который опровергается огромным количеством фактов - причем этот миф вызван досадной "уткой", публикацией одного из не очень квалифицированных ученых прошлого. Уже современники этого ученого пытались показать на данную ошибку, ликвидировать ее - тщетно, миф до сих пор будоражит умы человечества [ 9 ]. Ведь как было бы приятно считать, что наш мозг работает всего на 10%, и оставшиеся 90% мозга заняты какими-то своими таинственными делами, узнав которые, человек сможет летать, общаться с другими людьми силой мысли, телепортировать предметы и прочая.
10 ИНТЕРЕСНЫХ СТАТЕЙОнлайн инциклопедия "Кругосвет"
Gametech
Энциклопедия Кольера
Електронный журнал "Утро"
Сибирский Медицинский Портал
Електронный портал новостей"NEWSLAND"
Cyberstyle
Електронный портал новостей"NEWSLAND"
Молодёжный портал "XAGE"
ЗАПАДНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ