Большинство вышедших ранее публикаций так или иначе затрагивали образ мышления людей. А всякое мышление — это продукт человеческого разума. Разум же, как всем известно, — есть результат деятельности нашего мозга.
Что интересно, при всей высокоразвитости современной науки и огромном объеме научных данных, накопленных за последние столетия (в том числе в области медицины и физиологии человека), мозг человека остается самой малоизученной частью нашего организма. Точнее, малоизученным является не сам орган и его строение, а механизм его функционирования в применении к мыслительной деятельности человека.
Мозг человека стали изучать достаточно давно и сейчас им занимается целый ряд наук. Это, прежде всего, нейробиология, которая изучает устройство, функционирование, физиологию и патологии нервной системы, главными компонентами которой являются головной мозг и спинной мозг. Это и нейрофизиология, изучающая физиологические процессы в мозге человека и порождаемые ими изменения в высшей нервной деятельности. Напрямую касается мозга также и нейрохимия, являющаяся разделом биохимии и изучающая химические и клеточные механизмы деятельности нервной системы.
Итак, если не сильно вдаваться в глубокие научные подробности, то что в общих чертах мы в настоящее время знаем о человеческом мозге?
Самое первое — это то, что мозг, как и весь организм человека — имеет клеточное строение. Он состоит из большого количества специальных и весьма необычных клеток, называемых нейронами. В мозге взрослого человека их насчитывается несколько десятков миллиардов.
Специфичны эти клетки тем, что они имеют множество отростков, называемых дендритами. Отдельные дендриты могут превращаться в аксоны — такой тип отростков, который соединяется с другими нейронами через так называемый синапс (точку соединения). Множество таких соединений называется нейронными связями. На картинке ниже схематично и упрощенно показана такая связь.
Пространство же между нейронами заполнено вспомогательными глиальными клетками, которые фиксируют в мозге нейронную конструкцию и предотвращают различные воспалительные процессы, а также через них осуществляется снабжение нейронов кислородом и питательными веществами. Помимо прочего эти клетки еще и выполняют функции электроизоляторов, т. к. функционирование нейронов основано на генерировании и обмене слабыми электрическими импульсами.
Еще в 1952 году британские ученые Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли сформулировали так называемую теорию Ходжкина — Хаксли, которая содержала математическую модель, описывающую генерацию и распространение потенциалов действия (электрических импульсов) в нейронах. За эту научную работу они получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за 1963 год.
Научные исследования показали, что взаимодействие между нейронами происходит через передаваемые с помощью синапса электрические микроимпульсы. Так электрический потенциал нейрона в спокойном состоянии составляет примерно 60-80 милливольт, а потенциал действующего (активного) нейрона находится на уровне примерно 80-110 милливольт. Получается, что вот эта разница потенциалов, доходящая до значения в 50 милливольт, - и является тем самым импульсом, который передается нейроном, находящимся в возбужденным состоянии.
Не без гордости можно отметить, что наша страна внесла огромный вклад в развитие мировой нейрофизиологии. Одним из самых известных ученых в данной сфере была профессор и академик Наталья Петровна Бехтерева. Она практически всю свою жизнь посвятила исследованию мозга, изучению его функциональных возможностей и встречающихся патологических состояний, а также в процессе своей работы разработала немало методик их лечения.
На основе своей многолетней научной деятельности она написала несколько книг и одной из самых популярных среди них является книга «Магия мозга и лабиринты жизни», в которой она описывает свой профессиональный путь и эволюцию собственного знания о мозге.
Развитие этого знания достигалось во многом благодаря использованию передовых на момент ее работы исследовательских методов. Одним из них являлась позитронно-эмиссионная томография, которая позволяла регистрировать импульсную активность нейронов в различных отделах головного мозга и строить так называемые перистимулярные гистограммы. Они показывали частоты перехода нейронов из состояния покоя в активное состояние и обратно, а также их количество при решении различных логических задач в процессе мыслительной деятельности человека.
На приведенном выше слайде представлены перистимулярные гистограммы (ПСГ) частоты разрядов нейронов в прецентральной извилине (поле 4) коры правого полушария мозга человека и электромиограммы (ЭМГ) оральных речедвигательных мышц при выполнении человеком теста на эмоции. В рамках данного теста человек должен был решить логическую задачу и сообщить голосом результат ее решения. На графиках слева внизу – гистограммы импульсной активности нейронов (по оси абсцисс – время, каждая точка – 100 миллисекунд; по оси ординат – отклонение текущей частоты разрядов нейронов от среднего фонового уровня). Значение 6.08 на оси ординат – среднее количество разрядов в фоне, принятое за единицу в гистограмме.
Данные исследования уже не только наглядно показали электрический принцип функционирования нейронов, но и более сложную структуру их взаимодействия. А еще они позволили сделать целый ряд ожидаемых выводов и наряду с ними некоторые неожиданные выводы об особенностях мозга человека.
Получается, что общий принцип работы нашего мозга очень схож с принципом работы всей цифровой электронной техники. Цифровой электроника называется потому, что в основе ее работы лежат два логических значения: ноль и единица. Конкретно в электронных цепях под нулем понимается низкое (околонулевое) электрическое напряжение, а в качестве единицы выступает номинальное напряжение питания или близкое к нему. Точно также и в мозге человека возбужденный нейрон имеет повышенное напряжение 80-110 милливольт, что по сути представляет собой логическую единицу. А нейрон, находящийся в спокойном фоновом состоянии, — имеет более низкий потенциал 60-80 милливольт, что является логическим нулем. И вот эта череда импульсов, передаваемая между нейронами, их множественные переходы из «заряженного» состояния в «разряженное» и обратно, да еще, как показали исследования Бехтеревой, с переменной частотой — есть физика вычислительной и логической деятельности у нас в голове.
Полученные сведения показали, что наш мозг — это фактически биологическая вычислительная машина — компьютер, принципы работы которого очень схожи с привычной нам ЭВМ (электронно-вычислительной машиной).
Помимо этого, исследования подтвердили, что кора головного мозга делится на зоны, каждая из которых несет свою функциональную нагрузку. То есть каждая зона была связана с определенными функциями человеческой деятельности, поэтому данные соответствия командой ученых Бехтеревой были названы просто связями мозга. На картинке ниже показаны условно зоны, которые отвечают за ту или иную функцию. Это было из ожидаемого.
А вот что оказалось неожиданным — так это то, что некоторые из данных связей оказались гибкими. Что это значит? А то, что у разных людей одни и те же функции выполняют разные зоны коры головного мозга. Более того, проведя исследования в рамках работы с большим количеством пациентов, Бехтерева пришла к однозначному выводу, что в мире не существует двух людей с абсолютно одинаковой функциональной картиной мозга. Вот как она сама пишет об этом в своей книге.
Если еще можно говорить об усредненной руке, ноге и т.д., то усредненного мозга – нет! А если есть – то процентов не более чем на 10–20 за счет генетически предопределенных и генетически облегченных зон для формирования определенных «центров».
Гибкость связей, как уникальное свойство мозга, давало широкие возможности медицинского восстановления после черепно-мозговых травм или болезней, приводящих к повреждениям отдельных участков коры мозга. Так, врачам команды Бехтеревой удавалось много раз с помощью лечебной электростимуляции восстанавливать функции мозга через «обучение» этому других его зон. И к людям возвращались утраченные в результате травмы или болезни способности ходить, говорить, запоминать, общаться и т. д.
Еще одна цитата из книги Н.П. Бехтеревой.
Результаты наших исследований и данные других лабораторий указывают на то, что практически любая, даже очень сложная психическая деятельность мозга обеспечивается распределенной в пространстве и изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Понятно, что вмешиваться в работу такой системы очень трудно. Тем не менее сейчас мы это умеем, например, можем создать новый центр речи взамен разрушенного при травме.
При этом происходит своеобразное «перевоспитание» нервных клеток. Дело в том, что существуют нервные клетки, которые от рождения готовы к своей работе, но есть и другие, которые «воспитываются» в процессе развития человека. Научаясь выполнять одни задачи, они забывают другие, но не навсегда. Даже пройдя «специализацию», они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то иных задач, могут работать и по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.
Нейроны мозга работают, как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой – стрелять, третий – готовить пищу. Но ведь и стрелка́ можно научить готовить борщ, а кока – наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе, это естественный механизм – если травма мозга произошла у ребенка, у него нервные клетки самопроизвольно «переучиваются». У взрослых же для «переучивания» клеток нужно применять специальные методы.
Таким образом, в целом стало понятно как работает мозг, как он управляет нашими конечностями и всеми остальными системами организма. Да, он хоть и уникальный, гибкий и очень широкий по своим возможностям биологический «компьютер», но за долгие годы его изучения он стал достаточно понятным «компьютером». Сигналы генерируются в нейронах, разбегаются по организму и с помощью своей внутренней кодировки управляют всем организмом. Равно как сигналы приходят и обратно от наших органов чувств. По нервной системе постоянно идут потоки информации как от мозга, так и обратно к нему. Всё, как в обычном компьютере через шины передачи данных.
Однако, при этом продолжал оставаться не отвеченным один весьма и весьма животрепещущий вопрос. Как же конкретно в мозге происходит организация мышления человека, чем и как обеспечивается его сознание, а также творческая деятельность?
Бехтереву не просто заботил этот вопрос. Это по сути был главный вопрос ее жизни. В своей книге она неоднократно рассуждает на тему расшифровки кода мышления — т. е. познания механизма мыслительной деятельности.
Надеюсь, что в конце концов найдутся подходы и к «странным» проявлениям мозга. По ходу исследований, может быть, окажется возможной полная расшифровка мыслительного кода.
За всю свою долгую научную и профессиональную жизнь Наталья Петровна так и не смогла найти ответ на этот вопрос. Несмотря на то, что она всегда придерживалась прагматичного и критичного научного подхода в исследованиях, у нее всё-таки проскальзывала (и не раз) мысль о том, что мозг, равно как и человек в целом — нечто большее, чем просто биологический «компьютер» и просто организм.
Углубление в исследования мозга, в том числе на основе принципиально новых, сейчас еще не созданных технологий, может дать ответ на вопрос, существует ли мозговой код мышления. Если ответ (окончательный!) будет отрицательным и то, что мы наблюдали ранее, не является кодом собственно мышления, тогда перестройки импульсной активности, соотносимые с активированными при мыслительной деятельности зонами мозга, – своего рода «код вхождения звена в систему». При отрицательном ответе надо будет пересматривать и наиболее общие и наиболее важные позиции в проблеме «Мозг и психика». Если ничто в мозге не связано именно с тончайшей структурой нашего «думания», тогда какова в этом «думании» роль мозга? Только ли это роль «территории» для каких-то других, не подчиняющихся мозговым закономерностям, процессов? И в чем их связь с мозгом, какова их зависимость от мозгового субстрата и его состояния?
Увы, но выдающемуся российскому ученому, профессору, и директору Института мозга человека РАН так и не суждено было добраться до того самого кода мышления. В 2008 году Наталья Петровна Бехтерева оставила этот мир после продолжительной болезни.
Однако, работа над познанием основ функционирования человеческого мозга на этом не остановилась. Мировое научное сообщество в области нейрофизиологии, нейробиологии и нейрохимии продолжает изучение главного органа человека.
Представления о мозге непрерывно дополняются новыми сведениями, полученными в результате более современных и прогрессивных методов исследования, а также на основе более развитых знаний в смежных физических и биологических науках. Модернизация данных представлений шаг за шагом приближает нас к ответу на главный вопрос о сознании и разуме, сущность которых до сих пор остается главной тайной человеческого мозга, а возможно и всего организма человека в целом...