Люди всегда описывают мозг, сравнивая его с новейшими технологиями – с паровым двигателем, телефонным коммутатором или даже с катапультой. В наше время люди обычно говорят о мозге так, как если бы он представлял собой определенный тип биологического компьютера с розовым мягким процессором и «программным обеспечением», которое создается жизненным опытом. Но компьютеры были созданы для того, чтобы работать как маленькие заводы, на которых действия происходят согласно общему плану и установленному логическому порядку. Мозг же по способу своей работы больше напоминает переполненный китайский ресторан: он набит битком и полон суеты, люди бегают по нему без особых причин, но каким-то образом в конце все оказывается сделано. Компьютеры последовательно обрабатывают информацию, тогда как мозг справляется с разнообразной информацией, поступающей параллельно по многим каналам. Поскольку биологические системы создаются путем естественного отбора, в них имеются пласты систем, которые изначально были созданы для одной цели, а затем адаптированы под другую, даже если они и не работают идеально. Программист начал бы в таком случае писать новую программу, но в ходе эволюции проще адаптировать старую систему к новым целям, чем создать что-то абсолютно новое.
Ученые выявляли возможности нейронов, наблюдая их активность в различных условиях – стимулируя их или отслеживая их связи с другими частями головного мозга. Например, моторные нейроны в спинном мозге получают сигналы от нейронов коры, которые отвечают за основные движения. В свою очередь нейроны спинного мозга посылают сигналы мускулам, вызывая их сокращения. Если ученые начинают стимулировать с помощью электричества только нейроны спинного мозга, то сокращаются те же самые мускулы. Полученные результаты дают понять, что моторные нейроны спинного мозга отвечают за выполнение основных двигательных команд, которые создаются на более высоком уровне головного мозга. Однако до сих пор осталось немало противоречий в суждениях о том, какой именно аспект движений обусловливается этими командами.
Чтобы немного разобраться в собственном мозге, нам потребуется кратко описать его основные части и их функции.
Ствол мозга находится у самого основания – там, где он прикрепляется к спинному мозгу. Эта область контролирует базовые функции, необходимые для выживания организма, – к примеру, ответные движения головы и глаз, дыхание, частоту сердечных сокращений, сон, пробуждение и пищеварение. Все эти процессы невероятно важны, но обычно не осознаются. Расположенный немного выше гипоталамус также контролирует важные для жизни процессы. Однако он отвечает за более привлекательные функции, включающие в себя выделение гормонов стресса и сексуальных гормонов. Также он регулирует сексуальное поведение, голод, жажду, температуру тела и ежедневные циклы сна.
Эмоции, особенно страх и беспокойство, находятся под контролем миндалевидного тела. Этот орган головного мозга, напоминающий формой миндальный орех, расположен над каждым ухом и контролирует так называемый механизм «бей или беги», который заставляет животное убегать от опасности или атаковать ее источник. Расположенный неподалеку гиппокамп хранит информацию и размещает ее в долговременной памяти. Мозжечок, крупный орган в задней области мозга, собирает сенсорную информацию, чтобы лучше координировать движения.
Сенсорная информация попадает в организм через глаза, уши или кожу и передается в форме импульсов в самый центр головного мозга – таламус. Именно там она фильтруется и пропускается дальше, опять же в виде спайков, в кору. Это самая крупная часть человеческого мозга, она весит немного более трех четвертых его общей массы. Форма коры напоминает измятое ватное одеяло, которое укутывает вершину и боковые стороны головного мозга. Кора головного мозга появилась вместе с первыми млекопитающими приблизительно 130 миллионов лет назад, и при сравнении мозга мыши, собаки и человека она соответственно занимает все большую и большую долю мозга в каждом последующем случае.
Ученые разделили кору головного мозга на четыре части – доли. Затылочная доля в задней части головного мозга отвечает за визуальное восприятие. Височная доля как раз над ушами контролирует процесс слуха и содержит область, отвечающую за понимание смысла речи. Она также тесно взаимодействует с миндалевидным телом и гиппокампом, которые очень важны при обучении, запоминании и эмоциональном отклике. Теменная доля наверху и по бокам мозга получает информацию от рецепторов кожи. Она также собирает данные от всех органов чувств и определяет, на что вам следует обратить внимание. Лобная доля (догадались, где она находится?) определяет ваши движения; в ней также расположены области, производящие речь и ответственные за выбор адекватного поведения, которое зависит от ваших целей и ситуации.
Сочетание этих способностей в мозге и определяет наш собственный индивидуальный способ взаимодействия с окружающим миром. В оставшейся части книги мы будем по очереди рассматривать эти аспекты и рассказывать вам, как мозгу удается ежедневно справляться со своими обязанностями.
Глава 4
Удивительные ритмы: биологические часы и нарушение суточного ритма
Помните, когда вы были совсем ребенком, дядя Ларри поспорил с вами, что вы не сможете идти и синхронно с шагами жевать жвачку? Сейчас это пари может показаться совсем смешным, но тогда, получив свою заслуженную монетку, вы ощутили себя невероятно умным созданием.
Хождение или жевание демонстрирует способность мозга вырабатывать определенный ритм. Животные способны создавать циклы самой разнообразной частоты – от секунд (сердцебиение, дыхание) до дней (сон), месяцев (менструальный цикл) и даже дольше (зимняя спячка).
Наша способность совмещать одновременно несколько циклов показывает, что наш мозг может вырабатывать многочисленные схемы, часто независимые друг от друга, сразу. Хождение представляет собой четко скоординированную последовательность движений, при которых вашей левой ноге дается инструкция подняться, продвинуться вперед, затем опуститься, причем тело должно в это время несколько перенестись вперед. Ваша правая нога будет следовать сразу за ней. Эти движения должны выполняться одно за другим – плавно и по порядку. Эти команды создаются в основном сетью работающих вместе нейронов спинного мозга – так называемым центральным генератором паттернов. Центральным его называют потому, что здесь создаются команды, которые затем передаются в мускулы. Генератор паттернов способен работать сам по себе, поскольку тараканы и курицы без головы способны совершать шагающие движения, хотя им все равно необходим головной мозг, чтобы координировать движения и обходить препятствия. Жевание находится под контролем другой сети нейронов, расположенных в стволе мозга и создающих повторяющиеся жевательные движения челюсти. Нейроны, отвечающие за ходьбу и за жевание, способны работать независимо (или синхронно – как выяснил дядя Ларри).
Практический совет. Как преодолеть нарушение суточного ритма организмаВо время путешествия биологические часы вашего организма способны перестраиваться со скоростью около часа в день, чтобы синхронизироваться с окружающим миром. Но вы можете воспользоваться своим знанием циркадных ритмов для того, чтобы помочь организму справиться с этой задачей быстрее. Лучший способ поменять циркадные ритмы мозга – это использовать свет. Использование мелатонина тоже поможет вам, но не сразу. Оба этих метода более эффективны, чем просто вставать раньше или позже, и работают лучше, чем другие уловки – вроде физической нагрузки. Вот как свет и мелатонин помогут организму адаптироваться.
Побудьте на свету во второй половине дня. Лучший способ адаптировать ваш циркадный ритм – побыть на свету во второй половине дня, когда ваш мозг воспримет это как сигнал. Свет по-разному влияет на циркадный ритм в зависимости от времени суток, точно так же, как момент, когда вы качнете качели, повлияет на их движение. Утром или скорее тогда, когда ваш организм считает, что идет утро, свет помогает нам вставать. Побыв на свету утром, вы сможете встать на следующий день раньше, поскольку свет сообщает вашему организму, что в это время уже наступает утро. Однако, оказавшись на свету вечером, назавтра вы встанете позднее, поскольку свет сообщает телу, что день еще не закончился, поэтому нужно дольше бодрствовать.
Поэтому, когда вы летите на восток, например, из Америки в Европу, вам следует выйти на улицу на яркий свет на пару часов перед тем, как люди, оставшиеся дома, начнут просыпаться. Найти источник света в это время будет легко, поскольку в месте вашего пребывания будет уже вторая половина дня. Это должно вам помочь проснуться легче на следующий день. Если вы переместились на восток на восемь часовых поясов или больше, попытайтесь сразу утром избегать света (поскольку дома это вечер), так как это подтолкнет ваши часы в неверном направлении. И наоборот, когда вы перелетели на запад (из Европы или Африки в Америку), обязательно побудьте на ярком свету, когда будете чувствовать сонливость, поскольку это время сна в том месте, откуда вы улетели.
