Как все это работает
Итак, даже беглый взгляд на то, как устроен мозг, может поразить неподготовленного читателя обилием анатомических деталей, новых терминов и колоссальной сложностью этого самого важного органа, внутри которого помещается все богатство нашего внутреннего мира: сознание, мышление, чувства, убеждения и принципы, память и планы на будущее, страхи и надежды – короче, все, что составляет прелесть и ужасы жизни вида с чрезвычайно разросшимся и сложным мозгом, то есть человеческого существа.
Несмотря на сложное устройство мозга, в его строении и работе можно выделить что-то вроде общего плана, который помогает ориентироваться в том, где и как происходят различные процессы в мозге. Если совсем упростить, в мозге можно выделить что-то вроде территории разума, к которой относятся отделы, расположенные сверху и снаружи, и нечто похожее на территорию чувств – она прячется снизу и изнутри. Естественно, две эти области не разделены и активно взаимодействуют друг с другом, но каждая из них имеет свои каналы доступа к системе принятия решений, внутри которой вырабатывается план ближайших действий.
Если описывать все это более строгим научным языком, можно говорить о двух типах обработки информации – соматическом и висцеральном[7] [1]. К соматическому потоку относится информация из окружающего мира, которую мы получаем по различным каналам снаружи; она во многом формирует наши представления об окружающем мире и составляет основу мышления. Висцеральный поток работает с информацией, поступающей изнутри, – прежде всего о состоянии и работе внутренних органов и тканей, о том, достаточно ли нам питания и воды, хватает ли микроэлементов, какие сейчас уровень различных гормонов, пульс, давление, температура тела и т. п.
Висцеральная информация – это сведения о нашем внутреннем мире в самом прямом и приземленном смысле этого слова. Однако отделы мозга, работающие с висцеральными сигналами, напрямую связаны с внутренним миром и в более широком понимании: эти же отделы отвечают за наши чувства, общее состояние, настроение, уровень бодрости и мотивации. Оба информационных потока сходятся в одной точке и влияют на наши решения – что мы будем делать и чего не будем.
Система принятия решений собирает всю поступающую информацию и преобразует ее в поведение, которое, согласно нашему жизненному опыту, больше всего соответствует ситуации.
Эти идеи отчасти перекликаются с концепцией триединого мозга, предложенной в середине XX века Полом МакЛином[8]. Эта простая и красивая концепция о трех уровнях работы мозга очень быстро набрала популярность, хоть она и ненаучна. О чем в ней говорится? По мысли МакЛина, в мозге есть три иерархических уровня, которые, словно апгрейды к базовой комплектации, обретались позвоночными животными при переходе с одной ступени эволюции на другую, более высокую. Самый нижний и простой уровень в этой теории достался рептилиям: к рептильному мозгу МакЛин относил прежде всего мозговой ствол и базальные ганглии, отвечающие за поддержание жизнедеятельности и автоматические формы поведения, которые не требуют сложной регуляции (сон, замирание, ходьба или бег, включая реакцию «бей или беги»). На следующей ступени расположились древние звери, «отрастившие» себе поверх древних отделов лимбическую систему, сложные эмоции и социальное поведение, требующее большей гибкости. На верхней ступени в этой теории разместились млекопитающие, которые обзавелись новыми отделами коры, сложным мышлением и интеллектом. Согласно теории о трех уровнях организации мозга, неокортекс[9] позволяет контролировать работу первых двух уровней, опираясь на познание и рациональные размышления о возможных последствиях своего опрометчивого поведения.
Людям приходится учиться всему с нуля: это наша плата за гибкость поведения и удивительные способности.
Данные о строении мозга разных животных противоречат этой красивой схеме, где каждый следующий уровень организации появляется поверх предыдущего, как глазурь на эскимо, и контролирует работу более простой и древней системы. Во-первых, отделы рептильного мозга и лимбической системы есть уже у амфибий и рыб, да и поведение рептилий оказалось не таким уж стереотипным и примитивным (среди них есть даже относительно социальные виды, которые образуют семьи и заботятся о потомстве) [9, 10]. Эволюция мозга происходила не так, как описывал МакЛин, а разные системы внутри него работают в тандеме, активно обмениваются информацией и влияют друг на друга.
И все же МакЛину, по-видимому, удалось в общих чертах описать принципиальное разделение труда между системами мозга, которые совместно контролируют наше поведение. В глубине мозга поверх ствола находятся базальные ганглии, формирующие запас автоматических форм поведения – навыков и привычек, которые выручают и помогают нам эффективно действовать в рутинных ситуациях, не особенно терзаясь тем, что мы по этому поводу думаем или ощущаем. Хотя у многих животных этот запас по большей части врожденный, люди практически лишены форм поведения, целиком автоматизированных с самого рождения (не считая простейших двигательных и пищевых рефлексов вроде глотательного и сосательного – без них младенец просто не смог бы питаться и выжить). Людям приходится обучаться почти всему, даже тому, как ходить – это в некотором роде расплата за потрясающую гибкость нашего поведения и способность научиться совершенно невероятным вещам, не доступным никакому другому виду живых существ.
Системы вокруг базальных ганглиев помогают нам настраивать этот автопилот и более гибко и адаптивно действовать, когда это необходимо, подстраивая поведение под существующий контекст. Лимбические отделы определяют эмоциональную окраску наших внутренних рассуждений и переживаний, а неокортекс отвечает за форму и содержание мыслей.
В лимбических зонах, расположенных снизу и внутри, формируются различные аффекты – эмоциональные проявления, мотивирующие на те или иные поступки. Эмоции помогают нам быстро учиться на собственном опыте: избегать неприятных и тяжелых ситуаций, когда угрожала опасность или мы чувствовали себя несчастными. С другой стороны, мы будем стремиться делать то, что приносит нам удовольствие и вызывает море положительных эмоций. Эмоции дают нам энергию, чтобы действовать; апатия лишает человека сил и желаний, словно обесточивая его. Базовые эмоции служат чем-то вроде внутреннего компаса, ведущего человека по жизни и маркирующего те ситуации, которые несли нам убытки и неприятности или блага и радостные переживания.
Автопилот – следствие работы базальных ганглиев, которые позволяют «разгрузить» мозг для более важных задач.
Кора больших полушарий обучается на полученном опыте и строит сложные модели мира. Такая способность помогает нам делать довольно точные прогнозы на будущее и подготовиться даже к тем ситуациям, которые еще не происходили. Другими словами, большой неокортекс позволяет действовать на опережение и учиться на чужих ошибках, вместо того чтобы делать выводы, расхлебывая последствия собственных промахов.
Сложный мозг позволяет сделать наше поведение максимально сложным и гибким, но это же лишает нас преимуществ простого инстинктивного поведения, в котором практически все программы поведения предустановлены от рождения и работают на довольно простых рефлексах. К сожалению, мы не рождаемся со всем готовым: людям приходится учиться ходить, говорить, читать, писать и считать, ездить на велосипеде и плавать, управлять автомобилем и пользоваться компьютером и смартфоном. Чем бы мы ни хотели заняться, сначала придется этому научиться, и обычно этот процесс небыстрый.
Суперспособность использовать мозг, чтобы справляться со всевозможными задачами, стоит нам многих лет обучения. С другой стороны, человек может самостоятельно выбрать, чем ему заниматься: рисовать картины, проектировать космические корабли или вживлять микрочипы в мозг лабораторных животных, чтобы понять, как работают обучение и память. Мы живем в таком удобном и супертехнологичном мире именно благодаря тому, что имеем такой сложный и обучаемый мозг. Человек может добиться поразительных результатов в совершенно разных областях деятельности. Главное – понять, чего именно мы хотим и как можно этого достичь.
Рассказ о работе мозга будет неполным без описания того, как устроены и функционируют нервные клетки. Если совсем кратко: нейроны состоят из тел и нервных отростков, которыми соединяются с другими нейронами, и работают на химии и электричестве. Но чтобы было немного понятнее, как устроена работа мозга, все-таки придется добавить несколько технических подробностей.
Основу нервной ткани составляют два типа клеток – нейроны и глия. Нейроны – это главные аналитики и мыслители в нервной системе, глия – это клетки «на подхвате» и система жизнеобеспечения нейронов. Обычно нейроны привлекают к себе намного больше внимания, но без глии работа нейронов была бы просто невозможной: ее клетки обеспечивают нейроны всем необходимым, защищают от угроз, помогают поддерживать энергетический баланс, обеспечивают многими веществами, важными для работы и роста нейронов, а еще они изолируют отростки нервных клеток, образуя миелин, и помогают сигналам распространяться намного быстрее. На 86 миллиардов нейронов в мозге приходится 85 миллиардов глиальных клеток [11], то есть на каждый нейрон приходится по одной глиальной клетке. Эти цифры наглядно показывают, насколько глия важна для правильной работы мозга.
Тем не менее за обработку информации в мозге отвечают именно нейроны. У каждого нейрона есть тело и обычно два типа нервных отростков. Дендриты работают с входящей информацией и получают сигналы от других нейронов, а аксоны передают информацию дальше по цепочке к следующим звеньям на пути распространения сигнала. Сигнал распространяется по нейронам в виде импульсов – потенциалов действия – это очень короткое изменение электрического напряжения, которое расходится волнами вдоль поверхности нервных клеток.