Кортикализация (энцефализация) функций
В 1960-х нейробиолог Пол Маклин (Paul D. MacLean) предложил концепцию "триединого мозга", суть которой сводилась к тому, что мозг человека представляет своеобразную матрёшку из трёх различных по возрасту структур: кора мозга (неокортекс) – наиболее молодое эволюционное образование, где осуществляются сложные мыслительные процессы; кора покрывает лимбическую систему – более древнее образование, отвечающее за эмоции; а лимбическая система, в свою очередь, покрывает древнейшую из структур мозга, которую Маклин назвал "рептильным мозгом", подразумевая, что этот самый "рептильный мозг" (ствол мозга, базальные ганглии и другие структуры) возник ещё сотни миллионов лет назад у рептилий и оказывается общим для всех последующих эволюционных видов. В "рептильном мозге" Маклин разместил все возможные инстинкты (Марцинковская и др., с. 141). Якобы вся эта концепция должна была объяснить, почему человек может думать одно, чувствовать другое, а делать и вовсе третье.
В представлениях Маклина три описанные структуры просто механически надстраиваются одна над другой, никак функционально друг друга не меняя, а просто контролируя работу одна другой по нисходящей.
Часто концепцию "триединого мозга" называют теорией, но это не так, поскольку это всего лишь красивая схема, не имеющая под собой никакого реального основания. Увы, но схему эту в книге "Драконы Эдема" популяризировал астроном Карл Саган, для которого нейробиология была тёмным лесом, а послушный обыватель принял эту заманчивую и простую концепцию на веру.
В действительности же построение Маклина рушится с самых своих основ: хотя бы потому, что у всех позвоночных есть все отделы мозга, и впервые они появляются задолго до рептилий – ещё у круглоротых (Андреева, Обухов, с. 16). То есть и у самих рептилий мозг содержит все отделы мозга, которые, если верить Маклину, возникают лишь позже, у млекопитающих – просто какие-то отделы развиты больше, другие – меньше.
Современная нейробиология смотрит на концепцию "триединого мозга" как на историческое недоразумение (Барретт, с. 105). Майкл Газзанига иронически называет эту концепцию теорией поезда – где новые слои мозга добавлялись к старым, как прицепляют дополнительный вагон к поезду. На самом же деле "современные нейроанатомы убеждены, что когда наши предки карабкались по эволюционной лестнице от приматов к человеку, то не просто прибавлялись дополнительные навыки, как некогда предполагали, но весь мозг перестраивался вдоль и поперёк […]. Вся система приобретает качественно новые свойства, которые нельзя предсказать, просто складывая свойства её отдельных компонентов. Новая система больше суммы своих частей. Больше – значит другое", резюмирует Газзанига (2017, с. 190).
Иными словами, когда над старым блоком надстраивается новый, то меняются и функции первого, по-иному распределяясь внутри всей новой системы. Данное положение описывается в терминах эмерджентности или фазового перехода, то есть такого эффекта, когда постепенное накопление изменений в какой-то критической точке приводит к рождению качественно нового свойства (обычно это демонстрируют на примере воды, которая при понижении температуры долгое время не меняется, но при нуле градусов просто превращается в лёд, так же, как и при ста градусах становится паром).
Знаменитый нейробиолог Рамачандран вторит Газзаниге, указывая, что фазовые переходы применимы и к происхождению человека. Он пишет, как однажды произошло "взрывообразное развитие определённых ключевых мозговых структур и функций, неожиданные сочетания которых породили в итоге умственные способности, делающие нас особенными […]. Мы прошли через психический фазовый переход. Все старые составляющие остались на месте, но начали совместную работу совершенно новыми способами, которые были чем-то большим, нежели сумма отдельных составляющих" (Рамачандран, 2014).
В нейробиологии феномен фазового перехода выражен принципом энцефализации (или кортикализации) функций, который гласит, что наиболее древние участки нервной системы в ходе эволюции передают свои функции участкам более новым. Таким образом, "совершается переход функционального управления из спинного мозга через все уровни центральной нервной системы от низших к высшим её этажам или отделам. При этом переходе функций вверх первоначальные центры сводятся на роль лишь передаточных инстанций" (Рубинштейн, 2009, с. 127).
Если у низших млекопитающих кора мозга (эволюционное наиболее позднее образование) ещё не имеет ведущей роли, и они вполне себе могут продолжать осуществлять необходимое поведение даже после её разрушения, то разрушение коры у высших млекопитающих уже приводит к необратимому нарушению поведения (Лурия, 2006, с. 56). К примеру, если у крысы полностью удалить кору мозга, то она перестаёт различать формы предметов, но продолжает реагировать на свет, но если же проделать подобное с обезьяной, то она станет уже совершенно слепой. После удаления двигательной коры кошка уже через несколько часов сможет снова двигаться, собака только через 24 часа сможет снова стоять, но какие-либо движения становятся невозможны (нервная система кошачьих чуть проще, чем у собачьих), а обезьяна же после аналогичной операции даже стоять сможет лишь с посторонней помощью.
Удаление лобных отделов коры у самки макака-резуса ведёт к нарушению как материнского, так и полового поведения (Myers, 1972), но если же эту самую область удалить у кошки или собаки, то никаких нарушений в проявлении материнского и полового поведения не произойдёт (Крушинский, 2009, с. 110). Являясь представителями эволюционно более простых видов кошки и собаки действительно, как и предлагал думать Маклин, имеют в подкорковых структурах мозга инстинктивные формы поведения, но по эволюционной лестнице выше, у обезьян, в подкорке не содержится уже никакого специфического поведения, а всё оно переходит в кору, которая, кстати, формируется прижизненно, в ходе обучения. Поэтому новая кора – не просто надстройка над древними мозговыми структурами, а она прямо отнимает их функции, но отнимает не так, что содержит их в себе от рождения, а вынуждена вбирать их в себя из внешней среды путём научения. Увеличение объёмов новой коры, таким образом, напрямую связано с исчезновением инстинктов вверх по эволюционной лестнице (Микадзе, с. 59).
Если подытожить, то: в подкорке человека не остаётся никаких инстинктов, поскольку все ключевые формы поведения перемещаются в области мозга, формирующиеся прижизненно в ходе обучения. Да, в стволе мозга содержатся некоторые простейшие рефлексы (например, сосательный, который позволяет младенцу реагировать на прикосновение материнского соска – Brackbill, 1971), но по мере мозгового развития эти врождённые рефлексы младенцев непременно угасают, что, кстати, является обязательным для дальнейшего обучения ребёнка (Семенович, с. 53) (к примеру, если хватательный рефлекс младенца не угаснет, то он и не сможет дальше развивать мелкую моторику пальцев и целенаправленное хватание).
В этом плане важно повторить то, что было уже сказано выше: всякие отсылы к поведению или к биологии видов, эволюционно существенно отстоящих от человека, просто неадекватны. Чем дальше отстоит тот или иной вид от линии человека, тем принципиальнее отличается работа его мозга. Даже у, казалось бы, ближайших к нам шимпанзе мозг функционирует совсем не аналогично человеческому: межполушарный обмен зрительными сигналами у шимпанзе происходит в передних отделах мозга, а у человека – в задних (Black, Myers, 1964). К тому же изменчивость мозга в ходе обучения у человека также выражена сильнее, чем у шимпанзе: у родственников-людей форма, величина и расположение борозд коры отличаются очень сильно, тогда как у родственников-шимпанзе различия в рисунке борозд очень слабы (Gòmez-Robles et al., 2015; Дойдж, с. 462).
Картина простого межвидового переноса в работе мозга ещё больше осложняется, если учесть, что в мозге человека существуют очень редкие типы нейронов – так называемые "зеркальные" нейроны и веретенообразные (нейроны фон Экономо): первые обнаружены только у человека, высших обезьян и некоторых видов певчих птиц, а вторые – только у животных, имеющих сложное социальное поведение (высшие обезьяны, слоны и китообразные).
Причём даже на фоне этих животных человек существенно выделяется числом этих нейронов: если у человекообразных обезьян нейронов фон Экономо порядка 7 тысяч, то у новорожденного ребёнка их 28 тысяч, у четырёхлетнего – уже 184 тысячи, а у взрослого – 198 тысяч (Газзанига, 2017). К тому же у человека эти нейроны сильно отличаются морфологически и биохимически.
В связи со всеми описанными нюансами нейробиологи справедливо резюмируют, что "широкие обобщения об организации коры, сделанные при изучении некоторых "модельных" видов, в частности крысы и макака-резуса, выстроены на ненадежных основаниях" (Preuss, 2001, p. 154).
Прижизненное развитие мозга
Часть обывателей полагает, что человек рождается с уже готовым мозгом; другая часть думает, что человек рождается с готовыми подкорковыми структурами, и лишь кора достраивается в ходе первых лет жизни – и это уже ближе к истине. Но в действительности же обе позиции неверны – на момент рождения человек не имеет ни одной мозговой структуры, которую можно было бы считать законченной.
Даже ствол мозга, регулирующий такие основные жизненные функции, как температура тела, сердечный ритм, дыхание и артериальное давление, к моменту рождения хоть и значительно сформирован, но окончательно завершает этот процесс лишь в течение первых 1-3 лет жизни (Перри, Салавиц, с. 92). Процесс миелинизации (электроизоляции нейронных волокон для лучшей проводимости импульса) в стволе мозга завершается только к подростковому возрасту и даже позднее (Картер, с. 23; Костанди, с. 137). Мозжечок, который часто относят к структурам ствола, полностью развивается к 15 годам (Безруких и др., с. 222).
Теперь о собственно подкорковых структурах мозга (подкоркой принято называть область мозга между корой и стволом): хоть наиболее активный рост этих структур и происходит в первые 3 года жизни, но в итоге он длится куда дольше, просто уже менее активно. Развитие такого важного отдела, как гипоталамус, заканчивается только в период полового созревания (Безруких и др., с. 223), оформление некоторых нейронов наиболее активно в период от 3 до 6 лет, а в некоторых областях мозга оно завершается и вовсе к 14 годам (там же, с. 229).
Поначалу развитие левого полушария происходит чуть медленнее правого (Костанди, с. 41), и если основные отделы правого полушария сформированы уже к 5 годам, то левое нагоняет его только к 8-12 (Семенович, с. 134). Позднее и медленнее всех формируются лобные отделы полушарий (отвечающие за планирование и контроль поведения) – в основном они уже готовы к 15 годам, но в нюансах же продолжают развиваться всю оставшуюся жизнь (Семенович, с. 180; Костанди, с. 137).
Таким образом, при рождении мозг человека весит лишь 1/4 от его взрослого состояния (Худ, 2015, с. 42).
Но вот теперь главное: хотя развитие стволовых и подкорковых структур и происходит быстрее и раньше, чем развитие коры, но окончание же их развития всё равно проходит под её существенным влиянием. То, какими в итоге будут подкорковые структуры, определяется нисходящими сигналами из коры (Безруких и др., с. 223, 231). А кора, в свою очередь, модифицируется под влияниями сигналов из внешней среды, то есть благодаря обучению и усвоению культурного опыта. Иными словами, завершение развития даже подкорковых структур происходит под влиянием воздействующей на человека среды и культуры, и в последние десятилетия культурные влияния на мозг подробно описываются в литературе (Дойдж, 2010, с. 452).
На рисунке выше представлена хронология развития мозга: снизу вверх (от ствола через подкорку к коре), справа налево (сначала правое полушарие, потом левое), от задних отделов к передним, и затем уже от передних отделов коры обратно вниз – к подкорке.
Мозг и внешние влияния
Часть обывателей полагает, что пусть мозг человека и развивается постепенно, но всё же согласно некоторой генетической программе, то есть его развитие всё равно задано биологически. Так вот это не так. Мозг человека развивается под непосредственным влиянием внешней среды. Яркой иллюстрацией этого оказывается феномен госпитализма – органическое недоразвитие мозга и, как следствие, психическая отсталость ребёнка, выращенного в условиях дефицита контакта с людьми. Даже если ребёнок растёт в тепле и его регулярно кормят (то есть удовлетворяются все органические потребности), но при этом больше никак с ним не взаимодействуют (не берут на руки, не играют с ним, не разговаривают), его мозг развивается совершенно не так, как происходит в нормальных условиях: не формируются некоторые специализированные зоны мозга, многие подкорковые структуры остаются недоразвитыми, и это касается даже ствола мозга (Chugani et al., 2001).
Выше говорилось, что правое полушарие приобретает основные свои структуры ближе к 5 годам жизни ребёнка, так вот тесные детско-материнские отношения оказываются ключевой характеристикой развития правого полушария в первые два года (Schore, 1994). Недостаток взаимодействия с другими людьми в итоге приводит к широкому спектру психических и органических патологий: мало того, что развиваются разные формы аутизма или даже психопатии (вследствие недоразвития лимбической системы, отвечающей за эмоции и эмпатию – см. Перри, Салавиц, 2015), так даже телесные характеристики такого ребёнка ощутимо отличаются от нормы – он сильно уступает в весе и размерах.
На рисунке выше можно видеть сравнение мозга трёхлетних детей: нормального слева и растущего в условиях сенсорного дефицита справа. Можно видеть разницу не только в структуре и в размерах мозга, но и в размерах черепной коробки – да, голова заброшенного ребёнка ощутимо меньше головы нормального. Меньше и всё его тело.
Оказывается, простые прикосновения играют важнейшую роль в жизни человека (и многих других животных) – регулярные прикосновения к ребёнку провоцируют у него выработку гормонов роста, что и позволяет организму расти быстрее. Что интересно, заброшенный ребёнок растёт маленьким даже в условиях совершенно нормального питания – его организм из-за недостатка некоторых гормонов просто не способен вбирать из пищи всю необходимую энергию, не усваивает её полностью. Прикосновения же к ребёнку, стимулируя усиленную выработку гормонов, улучшают и его обмен веществ. Брюс Перри описывает случай 4-летней девочки, страдающей сильным истощением, с весом всего 11 килограммов. Несмотря на то, что в условиях стационара её неделями даже держали на высококалорийной диете (кормили через катетер), веса она так и не прибавляла. Но только изменение процедуры ухода за ней (передача заботливой няне, которая активно тискала, брала в руки и прочие элементы "вынянчивания") всего за месяц привело к увеличению веса на 35% – с 11,5 до 16 кг (Перри, Салавиц, с. 132). Аналогичный механизм работает и в случае с недоношенными детьми – даже ежедневное 15-минутное поглаживание в течение 10 дней приводит к значительному повышению веса их тела по сравнению с детьми, лежащими в инкубаторе без прикосновений взрослых (Field et al., 2004).