Впоследствии же данная теория была дополнена еще одним немаловажным наблюдением. А именно: травмы мозжечка провоцируют расстройство в том числе двигательных навыков, полученных человеком в результате специального обучения. То есть навыка, допустим, как у спортсменов или пациентов, занятых в отдельных сферах физического труда. Так и возникло предположение, что само обучение человека подобным специфичным, не свойственным большинству других людей, движениям проходило тоже с участием мозжечка.
В остальном же мозжечок считается одной из наиболее изученных частей головного мозга. Изученной настолько хорошо, что недавно был даже создан и продемонстрирован в действии первый простейший чип – компьютерный аналог естественного мозжечка.
Эксперимент был поставлен командой израильских ученых под руководством проф. М. Минца из университета Тель-Авива. Полностью парализованную белую крысу заново научили моргать с помощью электродов, вживленных на место разрушенного мозжечка. Импульсы от неповрежденных отделов мозга грызуна поступали в ходе опыта на микроскопический компьютерный чип. Тот, в свою очередь, расшифровывал их и передавал дальше – центральной нервной системе животного. Устройство, продемонстрированное в Израиле, представляет собой пока что самую примитивную из возможных конструкцию такого рода. Однако впоследствии проф. М. Минц предполагает «обучить» микрочип распознаванию и других сигналов мозга, чтобы расширить его функциональность.
Впрочем, исследователи из Тель-Авива – не первые, кто проводит эксперименты такого рода.
В журнале, издаваемом центром нейроинженерии (Centre of Neural Engineering) при университете Южной Калифорнии (University of Southern California)[1], д-р Т. У. Бергер с соавторами представил статью – отчет об уже проведенной работе. Она стала результатом опытов его группы по восполнению функций другой части мозга – гиппокампа. Эта область отвечает за перенос новой информации из краткосрочной в долгосрочную память – как у людей, так и у животных. Оборудование, разработанное в университете Калифорнии, представляет собой гораздо более сложную по функционалу конструкцию. Лабораторных мышей в этих опытах обучали нажимать две педали. При этом лишь нажатие одной из них сопровождалось вознаграждением. Без чипа и при «выключенном» анестезией гиппокампе мыши запоминали нужную педаль лишь на несколько минут. Зато с помощью компьютера и его способности правильно распознавать сигналы памяти ученым удалось выработать у мышей требуемый навык. Более того, оказалось, что вживление такого чипа в здоровый гиппокамп грызуна существенно улучшало и скорость запоминания им педалей, и общие свойства его памяти.
Если необходимо еще более наглядное сравнение роли мозжечка в деятельности центральной нервной системы, то ни для кого не секрет, что изначально по образу и подобию человеческого мозга создавался компьютер. Равно как и большинство программ, которыми оперирует современная цифровая техника. Так вот, одной из служебных программ любого компьютера является так называемый менеджер процессов. Он распределяет очередность выполнения основных программ, процессорное время и системные ресурсы, которые они могут задействовать. Более всего работа мозжечка напоминает функции такого менеджера процессов. Только его быстродействие неизмеримо превышает возможности любого самого мощного менеджера, установленного в разветвленной корпоративной сети. Высоким технологиям такой совершенный баланс точности и скорости пока даже «не снился»!
Ствол головного мозга – что он такое?
Мозговой ствол по сути исполняемых им функций близок к мозжечку. Более того, именно он напрямую соединяет полушария большого мозга с мозгом спинным. Как и мозжечок, он состоит из нескольких частей, имеющих свою специализацию. Обычно в нем выделяют продолговатый мозг, варолиев мост, средний мозг и промежуточный мозг (см. рис. 3, с. 36). Собственно, некоторые исследователи и склонны на основании сходства функций считать мозжечок не отдельной формацией, а еще одной частью мозгового ствола. Ну хоть так, хоть этак, а ствол тоже отвечает за координацию движений. Вернее, за положение тела в пространстве. Как это работает, нужно объяснять на примере.
Допустим, когда человек сидит с завязанными глазами на стуле, он тем не менее чувствует, какое положение занимает его тело в пространстве, верно? Он не видит ни стен, ни пола, ни самого стула. Однако, если его, не развязывая глаз, уложить на пол или, скажем, перевернуть вверх ногами несколько раз подряд, он после прекращения манипуляций все равно уверенно определит, стоит ли он сейчас или лежит, или вообще висит вниз головой… Вот за ощущение человеком положения своего тела даже при отсутствии зрительных ориентиров отвечает мозговой ствол.
Рис. 2. Ствол головного мозга
Кроме того, он, как и мозжечок, связывает полушария большого мозга с мозгом спинным. И разумеется, проводит информацию от одного образования к другому. А еще, именно в мозговом стволе расположены центры, регулирующие те рефлексы человека, которые напрямую связаны с движением. Это глотание, жевание, мимика лица, дыхание, сокращение сердечной мышцы, моргание (как и движения глазных яблок, и реакция на свет), кашель.
Но одно совершенно особое, ключевое отличие ото всех прочих элементов головного мозга у мозгового ствола все же есть. Именно в нем сосредоточены группы клеток, называемые ретикулярной формацией. Эти клетки вырабатывают из поступающей с кровью в мозг глюкозы энергию, необходимую для бесперебойной работы остальных тканей мозга.
Способ, которым расщепляет глюкозу ретикулярная формация, уникален для организма. Дело в том, что глюкоза как вещество служит единственным и незаменимым источником энергии для всех абсолютно клеток человеческого тела. Ее первой стремятся выделить из любой пищи желудок и кишечник, на глюкозу и воду расщепляются собственные жировые запасы организма при диете, и при ее нехватке в крови человека наступает малоприятная гипогликемия.
Последняя представляет собой приступ тошноты, слабости и головокружения в случаях, когда физическая нагрузка на тело явно не соответствует качеству и количеству поглощенной перед этим пищи. Гипогликемия часто встречается у людей, совмещающих занятия спортом со строгой диетой, у просто сидящих на чрезмерно жесткой (в особенности длительной) диете и у пациентов, больных сахарным диабетом. Проблемы с уровнем глюкозы у диабетиков связаны с тем, что их организм (поджелудочная железа) совсем не вырабатывает гормон инсулин. Это белок, без участия которого глюкоза не может усваиваться клетками – причем независимо от степени ее дефицита в них. И у больных «сахарной» болезнью довольно часто случаются передозировки инсулина, влекущие за собой резкое падение глюкозы в крови. Хотя бы раз в жизни гипогликемия случается с каждым человеком. Но у здоровых людей такие явления обычно проходят сами.
Так вот, клеткам тела в основном от любой поглощенной пищи нужна только глюкоза. И непременно нужен инсулин для ее использования по назначению. Если витамины и микроэлементы им требуются лишь в определенном количестве, и чаще всего не обязательно регулярно, то с глюкозой так не получится. Она является ключевой ежедневной потребностью организма, и без нее патологическое состояние наступает достаточно быстро. Больше суток на достижение первого голодного обморока обычно не уходит… А все потому, что двумя основными потребителями глюкозы выступают мышечные волокна тела и его головной мозг. Притом только головной мозг был, есть и будет единственным органом, способным усваивать это вещество без участия инсулина. И умеет такие чудеса творить не он сам, а как раз клетки ретикулярной формации, расположенные в мозговом стволе.
Проблемами движений конечностей, мимических и скелетных мышц занимается в основном средний мозг. И в нем же расположены подкорковые центры слуха и зрения. Промежуточный мозг «заведует» передачей двигательной информации и потоками сенсорного (т. е. с помощью органов чувств) восприятия. Он образован (см. рис. 3, с. 36) таламусом, гипоталамусом и эпиталамусом — вот три крупных отдела, его составляющих. Помимо этого, в продолговатом мозге расположены две железы внутренней секреции – гипофиз (см. рис. 3) и эпифиз.
Человеческий гипоталамус – это область, контролирующая всю эндокринную систему организма. «Пост» весьма ответственный, поскольку подразумевает управление и температурой тела, и артериальным давлением, и системой свертываемости крови, и секрецией большинства биологически активных веществ. В особенности вырабатываемых в ответ на соответствующие раздражители – поступление пищи в желудок, повышение сахара в крови, необходимость выспаться или немедленно проснуться, чувство голода, насыщения и жажды…
Правильную работу гипоталамуса переоценить сложно. Неправильная же частенько вынуждает человека мучиться всю жизнь от непонятного происхождения сбоев, которые он непрестанно регулирует – а они опять появляются на прежнем месте, словно недолеченный герпес. Врачи в таких случаях только перебирают растерянно страницы карточки, содержащие анамнез заболевания, и пожимают в недоумении плечами. Не было предпосылок к развитию диабета – а сам диабет тем не менее налицо. Не ел человек никогда фаст-фуда – и все же у него гастрит. И так далее: примеров расстройств секреции различных желез в списке современных заболеваний имеется достаточно. А истории болезней, в появлении которых у себя пациент абсолютно не виноват, составляют чуть меньше половины всех случаев заболеваемости в мире.
«На территории» гипоталамуса расположен еще вышеупомянутый гипофиз. Это – не скопление нервных клеток, а железа. И железа принципиально важная. Среди продуктов секреции гипофиза есть гормоны, отвечающие за рост костей скелета (за рост организма вообще), за половое развитие и созревание, за усвоение веществ из пищи, за свертываемость крови, за беременность и лактацию, за обмен жидкости в организме и проч. В сумме различные ее области продуцируют около 20 различных гормонов – так что, пожалуй, в оценке степени важности здесь сложно будет преувеличить…
Таламус расположен над гипоталамусом, все в тех же пределах промежуточного мозга. Таламус отвечает не только за передачу импульсов от органов чувств (исключая обоняние), но и за передачу болевых сигналов.
Вообще, его функции как отдельно взятой области считаются сравнительно простыми – прием сигналов от органов чувств, их фильтрация и передача дальше, в различные области полушарий большого мозга. С другой стороны, неофициально бытует мнение, что экстрасенсорные способности, свойственные определенному числу людей, зависят от степени чувствительности таламуса. Ну, тут ход мысли исследователей очевиден.
Как одному человеку понять другого без слов? Только правильно расшифровав невербальные сигналы, которые, помимо его воли, подает тело собеседника. Умение отметить какую-либо из стандартных реакций у другого зачастую дает таким сверхчувствительным людям козыри от любых обстоятельств. Так можно заметить признаки страха и неуверенности – по расширенным зрачкам, прерывистому дыханию, влажной коже. Так же точно можно заметить, что человек болен, или счастлив, или влюблен… Множество признаков сиюминутного состояния собеседника написано, так сказать, разборчивым почерком – в его глазах, движениях тела, манере говорить, температуре и состоянии его кожных покровов и т. д. Ведь кроме ритма дыхания, мы, по сути, ни одним из остальных процессов в системе нейрогуморальной регуляции не управляем сознательно! А между тем все эти детали у большинства людей одинаковы, достаточно хорошо заметны и несут очевидный смысловой заряд!
Львиную долю таких сигналов улавливает каждый человек в мире, однако часто они воспринимаются недостаточно разборчиво. Почему? Вероятнее всего, потому, что сам таламус приспособлен их только улавливать, но для их логического, на основе причин и следствий, анализа одних его ресурсов недостаточно. За логику у нас отвечает кора полушарий большого мозга – на то таламус и передает накопленную им информацию именно в ее центры. Больше признаков «подмечает» таламус – точнее и полнее становится анализ, проводимый корой. Как результат, цыганка, не обладающая ровно никакими сверхспособностями, начинает рассказывать человеку как по писаному, что его беспокоит, где болит, каково его семейное и материальное положение… Никакой магии в этом нет – исключительно наблюдательность и согласованная работа различных отделов мозга.
Эпиталамус любопытен не сам по себе, а его основой – железой, называемой эпифизом. Это образование промежуточного мозга регулирует суточный ритм жизни организма. Формально, для исполнения такой функции эпифизу было бы достаточно просто вырабатывать два гормона – серотонин и мелатонин. Из них за повышение сонливости отвечает второй, поэтому в крови человека ночью его всегда особенно много. Серотонин же является не столько бодрящим гормоном, сколько гормоном как бы стабилизирующим. Он стимулирует нервные окончания мозга, побуждая их к активной деятельности и вниманию. И он же регулирует скорость процессов нервных окончаний во всем организме. Оттого, надо понимать, серотонин и называют иногда гормоном счастья. Когда он присутствует в крови в достаточном количестве, человек бодр, спокоен, уверен в себе и уравновешен.
В то же время очевидно, что выработкой двух почти противоположных гормонов дело здесь ограничиваться не может. Хотя бы потому, что эпифиз должен еще уметь каким-то образом различать, когда и на производство какого из двух гормонов ему следует налечь, не так ли? И эпифиз действительно весьма неплохо ориентируется в текущем для организма времени суток. Если бы это было не так, если бы он работал только по одной, заданной при рождении программе, об успешной смене часовых поясов человеку и мечтать было бы нечего. Допустим, переехавшие в Соединенные Штаты Америки эмигранты из стран Восточной Европы так и работали бы до конца своих дней по ночам, высыпаясь лишь в разгар местного рабочего дня. И не имели бы ни малейшего шанса спустя даже десятки лет после эмиграции перестроить свой биологический график под изменившийся суточный ритм.
А столь удивительной точности в определении времени суток эпифиз обязан своим особым клеткам, которые занимаются выработкой обоих гормонов. Эти клетки называются пинеалоцитами и морфологически (по структуре) очень похожи на клетки кожи, вырабатывающие меланин. Это – известный каждому гормон, который обеспечивает пигментацию кожи под воздействием солнечных лучей. Чем больше меланина в коже, тем быстрее, проще и лучше загорает человек. Кроме того, меланинпродуцирующие клетки во множестве содержатся в сетчатке глаза. Так вот, подобного же рода клетки есть и в ткани эпифиза. Информацию об уровне освещенности им «предоставляет» глазная сетчатка. А уж в соответствии с полученными данными они попеременно вырабатывают серотонин утром и мелатонин (не путать с меланином!) – во второй половине дня. Точнее, первая «смена приоритетов» в пинеалоцитах наступает ориентировочно к двум часам пополудни. А часам к девяти утра происходит вторая, при которой уровень мелатонина снижается до минимума, зато серотонин достигает нормальных дневных значений.
Существование в эпифизе этого интереснейшего, в остальном вовсе для тканей мозга не характерного механизма объяснить сложно. Почему бы ему, в самом деле, не ориентироваться, скажем, на сигналы из самих зрительных центров коры? Ведь туда информация тоже поступает напрямую, по зрительному нерву – так чем она ему недостаточно достоверна? И связь между этой железой (принадлежащей к структуре мозгового ствола) со структурами большого мозга не является односторонней. Так что передача таких сигналов из коры «технически» была бы вполне возможна… Тем не менее эпифиз ориентируется почему-то на собственные данные.
А эта же железа у птиц «поступает» еще оригинальнее. Птичий эпифиз мало того, что выполняет функции навигационного компаса, помогающего пернатым ориентироваться в сторонах света, так он вдобавок различает уровень освещения снаружи прямо сквозь черепную кость! Кроме того, существуют некоторые данные из области эволюции человеческого мозга, позволяющие предположить, что эпифиз не всегда находился внутри окружающих его нынче других разделов. Возможно, что и у человека он ранее был расположен над областью мозжечка – ориентировочно в районе макушки, чуть ближе к затылку. Что, в свою очередь, вызывает прямые ассоциации то ли с концепцией чакр в йоге, то ли с магией «третьего глаза».