Як працює ваш мозок?

«Мозок — це найскладніший для вивчення орган,— говорить Е. Фуллер Торрі, психіатр Державного інституту психіатрії США.— Ми носимо його з собою у коробці на плечах, що дуже незручно для дослідження».

ВСЕ ж науковці кажуть, що вже багато знають про те, як мозок обробляє інформацію, котру отримує від п’яти органів чуття. Розгляньмо, наприклад, що відбувається у ньому, коли ми на щось дивимося.

Очі вашого розуму

Досягши ока, світло потрапляє на сітківку — внутрішню оболонку очного яблука, котра складається із трьох шарів клітин. Світло проникає на третій шар. Він містить клітини, які називаються паличками й колбочками. Палички чутливі до слабкого світла, а колбочки реагують на світлові хвилі різної довжини, які відповідають червоному, зеленому й синьому кольорам. Під дією світла у цих клітинах розкладається пігмент. Внаслідок цього виникає сигнал, який спочатку посилається до клітин другого шару, а потім і першого, або верхнього. З аксонів цих клітин і складається зоровий нерв.

Мільйони нейронів зорового нерва ведуть до з’єднання у мозку, яке називається зоровим перехрестям. Нейрони, по яких надходять сигнали з лівої частини сітківки кожного ока, зустрічаються тут і прямують далі паралельними шляхами до лівої частини мозку. Подібно сигнали з правих частин обидвох сітківок також об’єднуються й направляються до правої частини. Потім імпульси прибувають на проміжну ретрансляційну станцію в таламусі, а звідти інші нейрони передають сигнали до ділянки в задній частині мозку, яка називається зоровою зоною кори головного мозку.

Різнорідна зорова інформація надходить у мозок паралельними шляхами. Сьогодні дослідникам відомо, що передня зорова зона кори та поблизька ділянка діють як поштове відділення, сортуючи, розподіляючи та об’єднуючи в єдине ціле різноманітну інформацію, доставлену нейронами. Третя ділянка аналізує зовнішній вигляд предмета, наприклад його обриси, та рух. Четверта визначає і форму, і колір, а п’ята постійно корегує зорові дані, з’ясовуючи схему руху. Останні дослідження показують, що зорову інформацію, зібрану очима, обробляє аж 30 ділянок мозку! Але як вони співпрацюють, щоб показати вам цілісне зображення? Дійсно, як мозок «бачить»?

«Бачити» за допомогою мозку

Інформацію для мозку, безперечно, збирають очі, але обробка того, що отримує мозок, відбувається у його корі. Якщо зробити знімок фотоапаратом, то на ньому проявляться усі деталі пейзажу, які потрапили в об’єктив. Але коли на цей самий пейзаж дивляться ваші очі, ви бачите лише ту його частину, на якій зосереджуєте увагу. Як мозку це вдається — залишається загадкою. Дехто вважає, що це результат послідовного об’єднання зорової інформації у так званих зонах конвергенції, які допомагають вам порівнювати те, що бачите, з тим, що уже знаєте. На думку інших, коли ми не бачимо чогось чітко, це стається лише тому, що не збуджуються нейрони зорового механізму уваги.

Незважаючи на всі ці загадки зору, він, виявляється, не такий міцний горішок для вчених, як «свідомість» і «розум». Тепер за допомогою сканувальної техніки, такої, як магнітно-резонансне зображення та позитронно-емісійна томографія, вчені можуть пильніше роздивитися, що відбувається в людському мозку. І, спостерігаючи за тим, як під час процесу мислення кров припливає до певних частин мозку, вони дійшли висновку, що людина, мабуть, чує слова, бачить слова і вимовляє їх завдяки різним ділянкам кори головного мозку. Однак, як сказав один письменник, «феномен розуму, свідомості, — це щось набагато складніше... ніж можна собі уявити». Так, людям ще потрібно розгадати багато таємниць мозку.

Мозок — лише чудо-комп’ютер?

Щоб зрозуміти, наскільки складним є мозок, найліпше вдатися до порівняння. У середині XVIII століття, з початком індустріальної революції, було модно уподібнювати мозок до машин. Пізніше, коли вершиною людського прогресу стала телефонна станція, мозок почали прирівнювати до телефонної станції з оператором, котрому майже щохвилини потрібно приймати якесь рішення. Сьогодні, оскільки складні завдання розв’язують комп’ютери, дехто порівнює мозок з комп’ютером. Чи ж завдяки такому порівнянню можна вичерпно пояснити, як працює мозок?

Між мозком і комп’ютером існує ряд принципових відмінностей. Найістотніша з них полягає в тому, що мозок у своїй основі — це хімічна система, а не електрична. У кожній його клітині відбуваються численні хімічні реакції. Що ж до комп’ютера, то він працює зовсім по-іншому. Крім того, як зазначила д-р Сузан Ґрінфілд, «мозок взагалі ніким не програмується: це орган, що аналізує обставини й спонтанно приймає рішення». А цього не скажеш про комп’ютер, котрому без програми не обійтись.

Нейрони мозку підтримують між собою зв’язок дуже складним способом. Багато з них реагує на 1000 або й більше синаптичних контактів. Аби збагнути, що це означає, розгляньмо дослідження одного нейробіолога. З метою з’ясувати, як ми розрізняємо запахи, він вивчав ділянку мозку, що розміщується з нижнього його боку саме над носом і позаду нього. Вчений зазначає: «Навіть для виконання такого на перший погляд простого завдання (в порівнянні з доведенням геометричної теореми чи розумінням твору Бетховена для струнного квартету воно здається справжнісінькою дрібницею) залучено понад 6 мільйонів нейронів, кожен з яких отримує, можливо, по 10 000 контактів від своїх товаришів».

Проте мозок — це не просто скупчення нейронів. На кожен нейрон припадає кілька гліальних клітин. Вони не тільки утримують мозок вкупі, але й служать електричною ізоляцією для нейронів, борються з інфекціями й об’єднуються для створення захисного мозково-кров’яного бар’єру. На думку дослідників, гліальні клітини можуть виконувати ще інші функції, поки що невідомі вченим. «Банальне порівняння зі створеними людиною комп’ютерами, які оперують електронною інформацією у цифровій формі, може бути настільки невідповідним, що просто введе в оману»,— робиться висновок у журналі «Економіст» (англ.).

Існує ще одна таємниця, про яку ми зараз поведемо мову.

З чого складаються спогади?

На думку професора Річарда Ф. Томпсона, пам’ять — це, «мабуть, найзагадковіший феномен світу природи», який вимагає залучення кількох функцій мозку. Більшість дослідників мозку ділять пам’ять на два види — декларативну й процедуральну. Процедуральна пам’ять пов’язана з навиками та звичками. А декларативна — зі збереженням фактів. У книжці «Мозок: основи неврології» (англ.) пам’ять поділяється за часом, необхідним для процесу запам’ятовування, на: дуже короткочасну пам’ять, тривалість якої коло 100 мілісекунд; короткочасну пам’ять, що триває кілька секунд; робочу пам’ять, котра зберігає нещодавно набутий досвід, і довгочасну пам’ять, яка внаслідок процесу повторення закарбовує словесну інформацію та рухові навики.

Одним з можливих пояснень довгочасної пам’яті є те, що процес починається у передній частині мозку. Інформація, призначена для довгочасної пам’яті, надходить як електричний імпульс до ділянки мозку, що називається гіпокампом. Тут завдяки процесу, відомому як посилення довгочасної пам’яті, підвищується здатність нейронів передавати інформацію. (Дивіться, будь ласка, інформацію в рамці «Переправа через щілину»).

На основі ідеї про те, що основну роль у запам’ятовуванні відіграють біоелектричні коливання головного мозку, було створено іншу теорію пам’яті. Її прихильники вважають, що систематичні осциляції електричної активності мозку, які чимось подібні до ударів барабана, допомагають об’єднувати спогади й регулювати момент активізації різних мозкових клітин.

На думку дослідників, різні види спогадів зберігаються у різних частинах мозку, кожен з них пов’язаний з відділом мозку, який відповідає за сприйняття цього виду. Деякі частини мозку, безперечно, сприяють запам’ятовуванню. Мигдалеподібне тіло — невеличке розміром з мигдалевий горіх скупчення нервових клітин, розміщене поблизу мозкового стовбура, обробляє спогади, пов’язані зі страхом. Базальний ганглій зосереджує увагу на звичках та фізичних навиках, а мозочок, що лежить при основі мозку, відповідає за рухи, котрих людина навчилася, та рефлекси. Кажуть, власне тут зберігається уміння підтримувати рівновагу, яке нам необхідне, наприклад, для їзди на велосипеді.

Коротко розповідаючи про роботу мозку, ми, звичайно ж, не змогли розглянути інші його дивовижні функції, такі, як відчуття часу, здатність опанувати мову, складні рухові навики, а також спосіб регулювання роботи нервової системи й важливих органів та здатність справлятися з болем. Вчені продовжують відкривати все нових і нових хімічних посланців, які мають зв’язок з імунною системою. Невролог Дейвід Фелтен зазначає: «Усе настільки складне, що виникає запитання, чи існує взагалі якась надія розгадати колись ці загадки».

Хоча багато таємниць мозку і далі залишаються за сімома печатями, це, однак, не заважає нам, використовуючи його, думати, розмірковувати і пригадувати те, чого вже навчилися. Але як найліпше послуговуватися мозком? Відповідь на це запитання даватиметься в останній статті цієї серії.

[Рамка/Ілюстрації на сторінці 8]

ПЕРЕПРАВА ЧЕРЕЗ ЩІЛИНУ

Коли подразнюється нейрон, по аксону цього нейрона проходить нервовий імпульс. Досягши пресинаптичного закінчення, він діє на розташовані там крихітні синаптичні пухирці (везикули), кожен з яких містить тисячі молекул-медіаторів. Внаслідок цього пухирці відкриваються і їхній вміст, злившись з поверхнею пресинаптичного закінчення, переправляється через синаптичну щілину.

Користуючись складною системою ключів та замків, медіатор відкриває і закриває синаптичні контактні канали наступного нейрона. У результаті цього в нейрон проникають заряджені частинки й спричиняють там певні хімічні зміни. Це призводить або до виникнення у нейроні збудження, або до розвитку процесу гальмування.

Якщо нейрони подразнюються безупинно й через синапс виділяються медіатори, тоді виникає явище, котре називається посиленням довгочасної пам’яті. Деякі дослідники вважають, що завдяки цьому нейрони зближуються. За твердженням інших, існують докази того, що інформація повертається від нейрона-приймача до нейрона-посилача. Це у свою чергу викликає хімічні зміни, внаслідок яких створюється ще більше білків-медіаторів. І як результат — зміцнюються зв’язки між нейронами.

Через постійну зміну зв’язків у мозку — його гнучкість — виникло таке гасло: «Користуйтесь ним, щоб не втратити». Отже, аби пам’ятати щось, потрібно часто про це згадувати.

Аксон —

відросток, по якому проходять нервові сигнали і який з’єднує нейрони.

Дендрити —

короткі, сильно розгалужені відростки, що з’єднують нейрони.

Нейрити —

подібні до щупалець відростки нейрона. Існує два основних види нейритів: аксони й дендрити.

Нейрони —

нервові клітини. У мозку налічується приблизно від 10 до 100 мільярдів нейронів, і «кожен з них має зв’язок із сотнями, а деколи й тисячами інших клітин».

Медіатори —

хімічні речовини, які переправляють нервовий сигнал через так звану синаптичну щілину між нервовою клітиною, або нейроном, що посилає імпульс, та приймачем.

Синапс —

щілина між нейроном-посилачем та нейроном-приймачем.

[Відомості про джерела]

На основі книжки професора Сузан А. Ґрінфілд «Людський мозок пояснено», 1996 рік.

CNRI/Science Photo Library/PR

[Рамка/Ілюстрації на сторінці 9]

ДИВОВИЖНІ МОЖЛИВОСТІ ЛЮДИНИ

Завдяки особливим ділянкам мозку, так званим мовним центрам, людина володіє незвичайним умінням спілкуватися. Існує думка, ніби те, що ми хочемо сказати, формується в певній ділянці лівої півкулі мозку, відомої як центр Верніке (1). Вона пов’язана з центром Брока (2), який відповідає за застосування правил граматики. Після цього імпульси надходять до поблизьких рухових зон, завдання яких контролювати м’язи лиця й допомагати вимовляти відповідні слова. Крім того, ці зони пов’язані із зоровою системою мозку, завдяки чому ми можемо читати; із слуховою системою — через що ми чуємо та розуміємо інших і можемо відповісти їм, а також з банком пам’яті, де зберігаються важливі думки. «Люди так сильно відрізняються від тварин,— говориться в брошурці «Подорож до центрів мозку» (англ.),— власне завдяки їхній здатності набувати найрізноманітніших навиків і засвоювати вражаючу кількість фактів та правил, і то не лише про матеріальні об’єкти навколишнього світу, а головним чином про інших людей і те, чому вони поводяться так чи інакше».

[Ілюстрації на сторінці 7]

У різних ділянках мозку обробляється інформація про колір, форму, обриси та вигляд, а також схему руху.

[Відомості про джерело]

Parks Canada/ J. N. Flynn