[102]. Для лечения некоторых неврологических заболеваний, в том числе болезни Паркинсона, применяется электрическая стимуляция мозга[103], и аналогичное воздействие на мотивационную цепь посредством глубокой стимуляции мозга, а также другие новые методы дают надежду на восстановление мозга бывших наркоманов даже без использования медикаментов[104]. Возможно, новые лекарства и технологии позволят эффективно устранять катастрофические поведенческие последствия наркозависимости.
Передача сигналов
Ваш мозг постоянно подгоняет оценки, нравится вам это или нетИндира Раман
ПОЖАЛУЙ, каждый из нас стремится быть счастливым. Зачастую мы ведем себя так, будто можем найти верный путь к наслаждению — комфорту, сытости, теплу и любым другим удовольствиям — и всегда испытывать радость, принимая правильные решения. Но любое наслаждение, даже от самого приятного опыта, не вечно. Это и становится причиной скуки и стремления к чему-то новому и впечатляющему. Как нейробиолог, я задаюсь вопросом: не является ли скоротечность наших удовольствий необходимым условием работы мозга? Понимание этого помогло бы примириться с таким обстоятельством.
Многие функции мозга кажутся такими естественными, что мы о них даже не задумываемся. Но наш мозг примечает все. Основная задача мозга — воспринимать реальность; анализируя полученные ощущения, он действует на основе сделанных выводов. Эту работу выполняют нейроны нервной системы. Они принимают и преобразуют сигналы от внутренних органов и из внешнего мира, анализируют данные, а затем реагируют на результаты анализа, запуская те или иные действия. Действия, как правило, связаны с движением: нейроны посылают сигналы, заставляющие мышцы сокращаться, и вы что-то делаете. При этом входящая информация является сенсорной, анализ часто называют ассоциативным, а на выходе мы наблюдаем моторную реакцию. Эта сенсорно-ассоциативно-моторная триада представляет собой нейронную интерпретацию восприятия, анализа и действия.
Как нейроны мозга выполняют работу по восприятию и анализу происходящего вокруг? Коротко ответ можно сформулировать так: в первую очередь они прибегают к услугам «переводчиков». Наши органы чувств (глаза, уши, нос, язык, кожа) содержат клетки сенсорных рецепторов, названных так потому, что они получают информацию. Крошечные молекулы белка на мембранах этих клеток «переводят» (или, говоря по-научному, преобразуют) физические стимулы из внешнего мира — свет, звук, химические реакции и температурные колебания — в электрические сигналы, которые называются биопотенциалами и на которых строится язык, понятный мозгу. Белки, преобразующие сигналы, формируют микроскопический проводящий путь (или присоединяются к существующему). Это ионный канал, через который внутрь клетки проникают заряженные частицы, например ионы натрия или калия. Перемещение ионов приводит к образованию электрических сигналов. Каждый электрический сигнал распространяется по клетке с помощью других белков, которые также образуют ионные каналы, и в итоге вызывает выработку химического нейромедиатора. Следующий нейрон принимает нейромедиатор через рецепторные белки, которые тоже представляют собой ионные каналы или присоединены к ним. Наша способность воспринимать реальность в значительной степени определяется белками ионных каналов.
Интересно, что почти все эти белки реагируют на изменение стимула, а не на постоянную стимуляцию слабой или средней интенсивности, и многие из них в буквальном смысле закрываются и перестают пропускать через себя ионы. Мы называем этот процесс адаптацией (или десенсибилизацией, или инактивацией — в зависимости от физической основы). Он приводит к ощущениям, которые знакомы всем нам. Например, когда после пребывания на ярком солнце мы входим в плохо освещенную комнату, то сначала она кажется нам темной, но через какое-то время эту темноту мы начинаем воспринимать как норму. И только вновь выйдя на солнце, мы понимаем, как темно было в комнате — или какой яркий свет на улице. Причина этих ощущений — адаптация, или привыкание. Точно так же люди адаптируются к запаху еды, когда приходят в ресторан, к прохладной воде в бассейне, когда ныряют в него, нагревшись на солнце, или к постоянному гудению холодильника. Запах, прохлада или шум очень быстро становятся привычными, и мы перестаем их замечать (если, конечно, они не слишком сильны, чтобы вызвать дискомфорт). Мы попросту привыкаем. Отчасти из-за адаптации ионных каналов мы воспринимаем многие вещи не по их абсолютной значимости, а по их контрасту с тем, что было раньше[105]. Экспериментаторам удалось продемонстрировать этот феномен в его предельном проявлении, стабилизировав изображение на сетчатке глаза. Обычно наши глаза непрерывно движутся (эти микродвижения называют саккадами), что позволяет клеткам сетчатки сравнивать свет, отражающийся от темных и светлых участков любой визуальной картины. Следя за движением человеческого глаза и соответствующим образом сдвигая изображение, нейробиологи смогли доказать: если искусственно зафиксировать изображение на сетчатке, человек «увидит», что оно исчезло[106]. Если бы мы утратили способность сравнивать, мир стал бы серым. Иными словами, разнообразие не просто придает остроту нашей жизни — без него мы вообще ничего не могли бы почувствовать.
Чувствительность к переменам и нечувствительность к постоянству наблюдается не только на уровне сенсорных рецепторов. Почти в каждом нейроне мозга есть свои ионные каналы — в частности, натриевые, инициирующие биопотенциал (пропуская ионы натрия в нейрон), и калиевые, гасящие биопотенциал (выпуская ионы калия из нейрона). Существует немало разновидностей натриевых и калиевых каналов, и многие из них инактивируются (то есть выключаются) в ответ на долгое использование. Поэтому, даже когда химические нейромедиаторы вызывают длительную или повторяющуюся стимуляцию нейронов, ионные каналы благодаря своим свойствам ограничивают выработку биопотенциалов. Например, в некоторых нейронах инактивация натриевых каналов затрудняет создание биопотенциалов в ответ на непрерывную стимуляцию[107]. Тем временем калиевые каналы постепенно увеличивают поток ионов, помогая замедлить или прекратить подачу сигналов нейроном после выработки нескольких биопотенциалов. Такая координация потоков ионов натрия и калия позволяет генерировать электрические сигналы только при появлении первых стимулов. Этот процесс приспособления называется аккомодацией. За редкими исключениями, все основные эффекторные клетки коры и гиппокампа — те, что инициируют выработку биопотенциалов в нейронах-мишенях, — способны к аккомодации[108]. Мы не всегда знаем, какого рода информацию передают эти «приспособляющиеся» нейроны, но нам известно, что сильнее всего они реагируют на изменение стимула[109].
Аналогичным образом у белков рецептора нейромедиатора может произойти десенсибилизация, когда их ионные каналы закрываются после продолжительной стимуляции нейрона[110]. Но у нейронов также есть интересная способность реагировать на долговременное (несколько дней и больше, что случается в результате усиленной передачи сигналов по определенной нейронной цепи) повышение концентрации нейромедиаторов простым поглощением собственных рецепторов нейромедиаторов, в результате чего на поверхности клетки становится меньше рабочих рецепторов. Отчасти такая реакция может лежать в основе невосприимчивости к лекарствам, наркотикам и даже острой пище[111]. И наоборот, когда выработка нейромедиатора снижается, нейрон может вырабатывать больше рецепторных белков и создавать больше соответствующих ионных каналов. Таким образом, чрезмерная стимуляция купируется до нормального уровня входящих сигналов, а недостаточная стимуляция делает нейронную цепь чрезвычайно чувствительной даже к слабым сигналам. Но как клетка узнает, что ей делать? Разнообразные системы обратной связи клетки, во многих из которых используются особые биохимические свойства ионов кальция, позволяют нейронам «вычислять» приемлемую интенсивность реакции между слишком сильной и слишком слабой. Подобные процессы запускаются тогда, когда изначально приятный (или неприятный) стимул возникает снова и снова. Острота восприятия ослабевает, когда мозг находит точку равновесия[112].
Соответствующим образом меняются ощущения на уровне всего организма, ослабевая при повторном стимулировании и обостряясь только в случае изменений. Простая иллюстрация этого феномена была получена в опытах с морским моллюском Aplysia, который втягивает жабры, реагируя на легкое прикосновение. Серия безвредных прикосновений вызывает у моллюска привыкание, и он перестает реагировать, пока касание не сопровождается чем-то более неприятным, например электрическим разрядом[113]. Что касается приятных ощущений, то голодные крысы будут прилагать одинаковые усилия для получения как обычной, так и более привлекательной еды, тогда как сытые согласятся трудиться только ради новых лакомств, которые покажутся им особенно аппетитными. Готовность крыс работать за еду может быть ослаблена препаратами, которые блокируют рецепторы натуральных опиатов и дофамина — нейромедиаторов в нейронных цепях, передающих сигналы вознаграждения. Таким образом, пути, по которым поступает вознаграждение, стимулируются предвкушением и/или употреблением пищи, н