Напротив, сеть пассивного режима работы мозга использует гораздо больший процент общей энергии мозга. Маркус Райхл и другие нейрофизиологи только начинают изучать, чем занят мозг, пока он поглощает всю эту энергию в моменты нашей «отключки».
Особенно поражает, что в плане потребления энергии наш мозг жаден, как банкиры Goldman Sachs. Вес мозга составляет всего 2 % от общей массы тела, но этот орган съедает 20 % энергии тела. Иными словами, он просто эгоистичная хрюшка. Из-за него натренированные, выносливые спортсмены начинают галлюцинировать после восьмидесятикилометрового марафона или изнурительного велосипедного состязания Race Across America, в котором нужно проехать от Калифорнии до Мэриленда почти без остановок.
Во время какого-нибудь безумного испытания на выносливость (вроде недосыпа) сахар в крови падает, и первым делом это сказывается на самосознании. Это общее правило, которое действует и в спортивных тренировках.
В условиях нехватки ресурсов глюкозы, электролитов или воды мозг жертвует ненужными для непосредственного выживания операциями вроде связных мыслей, чтобы поддержать жизненно важные функции, такие как дыхание. Через спутанность сознания и галлюцинации мозг предупреждает, что мы можем серьезно навредить своему телу. Следующая фаза — обморок. Это отчаянный способ защитить наши тела от перегрузок.
Он не всегда срабатывает. Каждый год несколько участников марафонов погибают из-за того, что доводят себя до предела. Мозг будет стараться взять свою неравную долю от энергии тела. Поэтому, когда ваши силы на исходе, вы становитесь похожи на зомби.
Теперь представьте, что загнавший себя до смерти бегун на марафоне — это метафора вашей жизни.
Во время марафона, когда вы достигаете предела возможностей тела в противостоянии стрессу, мозг продолжит вас предостерегать. Мускулы будут чувствовать усталость, вы ощутите труднопреодолимое желание остановиться. Порой вы можете терять ориентацию в пространстве и на мгновения «отключаться».
Некоторые люди отмахиваются от этих тревожных признаков и подталкивают себя к точке невозврата. И в течение долгого времени мозг посылает нам чуть менее яркие, но важные предостережения, что мы слишком много работаем. На протяжении жизни постоянный стресс от переработок увеличивает риск депрессий, сердечных заболеваний, инсультов и даже рака. Список последствий длинен и жуток.
И все равно нам кажется, будто мы обязаны рисковать здоровьем, чтобы вкалывать на работе, которая нам не слишком-то нравится, чтобы покупать вещи, которые мы не очень-то и хотим. Иначе это зовется рыночным капитализмом. А политики, генеральные директора и банкиры полагают, что это высшая форма социальной организации, которой достигли человеческие существа.
Мало кто боится ожирения так же, как терроризма, хотя по статистике ожирение угрожает каждому из нас куда больше, чем смерть от теракта. Мы не считали, насколько стресс и переработки сокращают жизнь. Но мы уже в курсе, что ожирение сопутствует ежедневному сидению за рабочим столом и низкому уровню постоянного стресса. Знай вы, что большее количество праздных часов в день (желательно, проведенных лежа на одеяле под деревом, с бутылкой хорошего вина) добавит вам несколько лет жизни, вы бы воспользовались рецептом?
* * *Сеть пассивного режима работы мозга поразительна тем, что ее активность возрастает, когда мы бездельничаем. Что же это значит? С точки зрения ученого, который использует фМРТ, это значит, что нейроны этой сети выстреливают потенциалами действия, когда люди просто лежат в сканере и ничего не делают.
Кровь поставляет больше кислорода для сети пассивного режима работы мозга. Больше глюкозы и других метаболитов съедается этой сетью. И активность всех зон этой сети становится слаженной. Ученые могут измерить, насколько хорошо передается информация в этом режиме, с помощью так называемой теории графов.
Теория графов — это раздел математики, возникший в XVIII веке. Недавно он здорово пригодился в анализе разного рода сложных сетей, особенно сетей мозга.
Сети состоят из узлов, а узлы связаны между собой так называемыми ребрами — абстрактными (или физическими) линиями. Ребро между двумя узлами дает возможность передачи информации — иногда только в одном направлении. Такое ребро называется ориентированным. В других случаях информация может течь в обе стороны, и тогда это неориентированное ребро. Теория графов весьма полезна тем, что ее можно применять в разных областях: при изучении воздушного транспорта, Интернета и социальных сетей. Когда элементы системы формируют сложную сеть, на первый план выходит не их внутреннее строение, а отношения между ними.
В мозге узлы являются отдельными анатомическими структурами, которые связаны ребрами в виде аксонов. Области мозга, физически соединенные между собой, называются «структурными сетями». Как в теле содержатся разные органы: сердце, легкие, — так и в мозге есть разные отделы. Эти отделы мозга соединены длинными нервными волокнами, похожими на пальцы пришельцев. Структурная сеть мозга состоит из локальных кластеров. Вы наверняка знаете о таких зонах мозга, как префронтальная кора.
Можно вообразить, будто узлы — это известные крупные аэропорты, такие как чикагский, лондонский или франкфуртский. Они огромны по сравнению с региональными аэропортами и принимают гораздо больше рейсов. Вы когда-нибудь летали напрямую из Портленда, штат Орегон, или Колумбуса, штат Огайо? Обычно приходится лететь через Чикаго (или другой узел, например, через Атланту).
Мозг работает так же. Есть некие структуры с обширными связями — узлы. Когда вы бездельничаете, ваши «мозговые аэропорты» «оживают». Больше крови, богатой кислородом и сахаром, поступает к узлам сети пассивного режима работы, когда вы расслабляетесь и мечтаете.
За последние двадцать лет такие достижения техники, как МРТ и ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), позволили ученым наблюдать живой мозг изнутри и делать снимки его активности или измерять, сколько энергии потребляют определенные части мозга, пока люди участвуют в эксперименте. Теперь мы знаем, что каждая анатомическая структура имеет свои задачи.
Представьте себе сердце. Это орган, который перекачивает кровь. В сердце есть отдельные участки, наделенные собственными функциями. Например, левое предсердие закачивает насыщенную кислородом кровь в аорту, а та выталкивает кровь дальше циркулировать по организму.
Похожим образом префронтальная кора вовлечена в так называемое «высшее» мышление: она отвечает за рассуждение, краткосрочную память, контроль над эмоциями, планирование и привнесение значимых воспоминаний в сознание. Другая область мозга, гиппокамп (отдельные его участки активны во время отдыха), отвечает за создание долгосрочных воспоминаний и хранит их в другой части мозга, в новой коре.
Префронтальная кора решает, когда нужно вспомнить определенную информацию, записанную в новой коре. Каждая из ее областей разделена на зоны поменьше, которые сообща выполняют более крупные задачи вроде «вспомнить имя женщины, чей ребенок ходит в один детский садик с моим сыном, которую я вижу каждый день и которая знает, как меня зовут».
Допустим, вы встретили свою тетушку Лизу. В вашей новой коре хранится самая разная информация о тетушке Лизе. Данные распределены по коре, и при воспроизведении их требуется собирать в новых комбинациях. Когда вы встречаетесь, вы вспоминаете, что у нее есть пес породы басенджи, она живет в Милуоки и замужем за дядей Джимом. Префронтальная кора помогает вспомнить все милые подробности, ведь внезапно, при общении с самой тетей Лизой, они становятся очень важными.
Напротив, вся новая информация, которую вы получаете от тети Лизы, включая текущую встречу, отправляется из вашего сознания (за которое отвечают многие участки мозга) в гиппокамп. И если вам удастся хорошо поспать, немного отдохнуть или даже вздремнуть, гиппокамп запишет новые воспоминания в новую кору, хранилище долгосрочной памяти. Это называется консолидацией воспоминаний. Процесс особенно важен, когда человек обучается новым знаниям и навыкам. Так что после интенсивных занятий лучше всего вздремнуть или хотя бы отдохнуть.
Итак, префронтальная кора, гиппокамп и отделы новой коры должны общаться друг с другом. Нейроны и отдельные области мозга отправляют и получают информацию путем синхронизации своей электрической колебательной активности. Мы еще не понимаем до конца, как это работает, но когда информацию нужно доставить из одного узла в другой, она кодируется в разные частоты, которые затем распространяются как океанические волны.
Волны высокой частоты действуют лишь на коротких дистанциях, а низкие частоты могут путешествовать гораздо дальше. Поэтому информация, закодированная в высоких частотах, «ездит» на волнах низких частот, которые шлют ее в отдаленные участки мозга. Поразительный пример восприятия сверхнизких частот: в Таиланде в 2004 году слоны и другие животные почуяли приближающееся цунами. За несколько часов до того, как люди услышали сверхнизкие вибрации огромной волны, слоны направились в горы и спаслись от разрушительной стихии. А все потому, что порог различения звуковых частот у слонов гораздо ниже, чем у человека. Эти низкочастотные звуковые волны распространяются на сотни километров.
Волны высокой частоты действуют лишь на коротких дистанциях, а низкие частоты могут путешествовать гораздо дальше. Поэтому информация, закодированная в высоких частотах, «ездит» на волнах низких частот, которые шлют ее в отдаленные участки мозга. Поразительный пример восприятия сверхнизких частот: в Таиланде в 2004 году слоны и другие животные почуяли приближающееся цунами. За несколько часов до того, как люди услышали сверхнизкие вибрации огромной волны, слоны направились в горы и спаслись от разрушительной стихии. А все потому, что порог различения звуковых частот у слонов гораздо ниже, чем у человека. Эти низкочастотные звуковые волны распространяются на сотни километров.
Человеческие нейроны обычно колеблются с частотой от 0,5 до 100 Гц. Однако основные операции протекают на частоте от 1 до 40 Гц. Преобладающая частота называется «альфа», она равна примерно 10 Гц. В сетях мозга колебания узла, получающего информацию, должны быть хотя бы в частичной синхронии с узлом, который ее посылает.
Например, когда префронтальной коре нужно извлечь какие-то ассоциации из семантической памяти, она тут же синхронизирует свои колебания с височной долей, в которой хранятся значения слов. Как достигается эта синхронизация, пока остается загадкой.
Точные временные ритмы и пространственная протяженность этой синхронизации формируют так называемый «нейронный код». Это тайный язык мозга. Священный Грааль нейрофизиологии — расшифровать нейронный код, который использует электрические и химические сигналы в сложных комбинациях, позволяющих нам говорить, читать, думать, помнить, ходить, становиться писателями, делать детей и, разумеется, бездельничать.
Когда отдельные зоны мозга сотрудничают, допустим, при визите тети Лизы, они временно формируют «функциональные сети». Эти сети создаются исключительно под конкретные задачи, например, чтобы сохранить новые байки от любимой тетушки. Сети могут быть кратковременными и жить всего несколько сотен миллисекунд. Нерешенный вопрос нейрофизиологии — могут ли временные функциональные сети менять входящие в них структурные сети. Иными словами, если в Бозмен, штат Монтана станет прилетать слишком много самолетов, расширит ли город свой аэропорт, что может привести к дальнейшему увеличению воздушных перевозок?
Есть подтверждения высокой пластичности мозга музыкантов, которые, по сравнению с людьми, далекими от музыки, обладают гораздо более объемными нейронными структурами, отвечающими в моторной коре за пальцы рук. Но такие изменения происходят лишь спустя долгие годы тренировок. То же верно и для билингвов: в височных долях мозга у них есть дополнительные нервные структуры для языков. Лондонские таксисты могут похвастаться крупным гиппокампом, особенно теми областями, которые помогают ориентироваться и запоминать обстановку. Словно мозг решает расширить «аэропорты» в нужных зонах, чтобы соответствовать возросшим потребностям в «перевозках». Неизвестно, как быстро могут происходить такие структурные изменения в мозге. Но мы знаем, что мозг сохраняет пластичность на протяжении всей жизни. Так что поистине никогда не поздно научиться играть на музыкальном инструменте, выучить новый язык или кардинально поменять жизнь: ваш мозг изменится тоже.
Во взрослом возрасте перемены могут быть более болезненными, но они идут на пользу здоровью мозга. Также неизвестно, действительно ли лентяи обладают более объемными и активными сетями пассивного режима работы мозга. Это причина или следствие битья баклуш? Если десять тысяч часов практики необходимы для того, чтобы стать искусным скрипачом, сколько часов нужно лениться, чтобы стать виртуозным бездельником?
«Функциональной связностью» измеряют, насколько хорошо сообщаются узлы сети пассивного режима работы мозга. В ней выражается успешность работы сети и здоровье мозга в целом: как быстро и насколько безопасно «самолеты» летают между «аэропортами».
Когда вы отдыхаете, с помощью фМРТ можно увидеть, действуют ли узлы сети пассивного режима работы мозга сообща. Можно узнать, одновременно ли увеличивается или снижается приток насыщенной кислородом крови в эти области. Если вы обладаете здоровым мозгом и в данный момент отдыхаете, сеть пассивного режима работы мозга покажет высокую функциональную связность. С возрастом, если вы недосыпаете, страдаете болезнью Альцгеймера или перенесли инсульт, функциональная связность мозга будет снижена, возможно, из-за повреждений отдельных узлов.
Получается, что сверхпродуктивность и бессмысленная деловитость плохо сказываются и на сети пассивного режима работы мозга. До того как Маркус Райхл открыл эту сеть, нейроученые полагали, что важны лишь те функциональные и структурные сети, которые изучали они: те, что включались во время тщательно контролируемых экспериментов. Ведь большинство нейрофизиологов и психологов полагали, что главная задача мозга — перерабатывать внешнюю информацию.
До недавнего времени мы могли изучать лишь то, как люди отвечают на внешние стимулы. Так было, пока мы не создали приборы, которые позволяют заглянуть в живой мозг и исследовать его активность в периоды бездействия, — тогда мы обнаружили, что мозг занят преимущественно внутренними операциями.
Это ни в коей мере не снижает важность наших знаний о том, как различные структуры мозга отвечают на внешнюю среду. Моторная система, например, формирует и исполняет команды, посылая их нервам и мускулам конечностей для совершения отдельных действий — ответа на событие вроде летящей к вам теннисной подачи. Эту систему изучали несколько десятилетий. Но оказывается, что, когда моторная система приказывает руке взмахнуть теннисной ракеткой после (или даже до) того, как зрительная система сообщила о входящей подаче, она использует лишь крошечную толику от общей энергии мозга.
Подробные нейронаучные исследования моторной сферы крайне важны, но изучать отдельные зоны, игнорируя «шум» отдыхающего мозга, — подход поверхностный. Шум, строго говоря, — это нежелательный сигнал, который, как правило, случайно смешивается с сигналом, который мы изучаем. Но сеть, которую заметил Райхл, «выключалась» во время активной концентрации на стимуле и не вела себя случайно. Не смешивалась она и с изучаемыми сигналами. Ее поведение идеально предсказывалось через закономерность: когда человек начинал активно думать о чем-то, сеть выключалась.
Зачем некой мозговой сети снижать активность во время выполнения заданий вроде запоминания списка слов? Еще более загадочен тот факт, что сеть затихает при любой мыслительной задаче. Вне зависимости от экспериментальных условий происходило следующее: сеть выключалась, как только человек начинал работать по инструкции. Разумеется, Райхл заинтересовался, что происходит с этой сетью, когда люди просто лежат и ничего не делают. Оказалось, активность вовсе не является «шумом».
Райхл обнаружил нечто столь поразительное, что многие ученые до сих пор не осмеливаются в это поверить. Они спорят, что это ошибка измерения, техническая неточность, артефакт анализа данных фМРТ. Когда люди просто лежат в аппарате МРТ и позволяют мыслям бродить свободно, та самая сеть, которая выключалась в экспериментальных заданиях, развивает бурную деятельность.
Во время витания в облаках активность в узлах сети синхронизируется. Это означает, что все участки сети пассивного режима работы мозга действуют слаженно. Кроме того, сеть, которая включается во время ничегонеделания, практически полностью отрицательно коррелирует с сетью, которая действует во время заданий, требующих активного внимания. Думаю, вы в курсе, что такое отрицательная корреляция. Если «X» отрицательно коррелирует с «Y», это значит, что, когда значение «X» растет, «Y» падает, и наоборот.
При использовании фМРТ для измерения активности отдельных зон мозга нейрофизиологи используют показатель контрастности, зависящий от степени насыщения крови кислородом (Blood-Oxygen-Level-Dependent contrast, BOLD). Не вдаваясь в детали, скажу лишь, что этот метод позволяет нам узнать, сколько насыщенной кислородом крови подается в активный участок мозга. Когда нейроны активизируются, они используют больше крови и кислорода (как и мышцы). Повышение BOLD-контрастности свидетельствует об усилении мозговой активности.
Хотя сеть, которая включается при направленной деятельности, требует незначительных энергетических затрат, при ней сеть пассивного режима работы мозга затихает. В этом и заключается суть обратной корреляции: когда сеть внимания работает, сеть пассивного режима работы выключается. Пока вы бегаете весь день, как обезглавленная курица, пытаясь уложиться в расписание, уследить за всеми мобильными устройствами, строча посты в Twitter и Facebook, получая текстовые сообщения, сочиняя электронные письма, сверяясь со списком дел, вы подавляете активность, возможно, самой важной сети вашего мозга.