23 063
13 декабря 2022 в 8:30
Автор: Андрей Рудь. Фото: Александр Ружечка. Иллюстрации: Максим Тарналицкий.
Спецпроект

Проект «Мозг». Ученый отвечает на глупые вопросы: можно скачать память на флешку? А пересадить голову?..

Давно пора разобраться с нашим головным мозгом. Вместе с МТС начинаем тематический цикл, в котором попытаемся понять, как устроена эта штука. Нельзя ли ее разогнать? Чем гении платят за гениальность? В какой стране люди лучше соображают? Как увеличить объем памяти? Кто умнее — высокие или кудрявые?.. И много других неотложных проблем. Это все впереди. Для начала нейроанатом попробует ответить на «глупые» вопросы, которые волнуют каждого, кто не нейроанатом.

Андрей Сокол

Кандидат медицинских наук, доцент БГМУ. Специализация — нейроанатомия. По работе регулярно держит в руках головной мозг. Говорит, ни разу не видел двух одинаковых.


— Фантастическая идея скачать содержимое мозга на флешку таки фантастическая? Или когда-то мы сможем? Пелевин все врет?

— Начать стоит с того, что человеческая память и память компьютера устроены по-разному. По сути, память человека — динамическая система. К примеру, когда вы извлекаете из памяти какое-либо воспоминание, оно каждый раз немного изменяется, перезаписывается — это называют реконсолидацией. Каждый раз, вспоминая первую любовь или любой другой образ, событие, вы трансформируете этот след памяти. Таким образом, после 10—20 повторений воспроизводимый в памяти образ может достаточно сильно отличаться от первоначального.

Тем не менее записать информацию с одного нейрона или их небольшой группы вполне реально. По современным представлениям, винчестер нашего мозга имеет емкость порядка 1—5,5 петабайт. Если так, то с этим современная техника справится, тут проблем нет. Минус в том, что потребуются трепанация черепа и подключение электродов непосредственно к мозгу. Кроме того, долговременная память рассеяна по миллиардам нейронов неокортекса, а не сконцентрирована в одном конкретном месте или группе нейронов. Сложно представить внешний диск с таким количеством проводов для каждого нейрона, а тем более схему подключения.

Однако кое-какие интересные работы в этом направлении ведутся. Например, исследователи уже научились с помощью ФМРТ (функциональная МРТ, которая, в отличие от обычной, позволяет в режиме реального времени считывать рабочую активность областей мозга) читать, скажем, не мысли, но образы, которые возникают в затылочной коре, зрительной. На сегодня результаты очень приблизительны и размыты, получить их можно лишь на выборке заранее просмотренных накануне образов. Тем не менее это уже значительный шаг вперед.

— Давайте отмотаем немного назад, чтобы лучше понимать, что вообще происходит. Из чего «сделан» мозг?

— Как и весь организм — из клеток: всем известных нейронов и чуть менее известных глиальных клеток, образующих специфическое микроокружение для нейронов. Задача этого вида клеток заключается в питании, обеспечении условий работы и генерации нервных импульсов нейронов.

Сами нейроны бывают разных форм и размеров — от 5 до 130 микрометров. По последним подсчетам, в головном мозге человека порядка 87 млрд нейронов. Каждый нейрон имеет ряд специфических отростков: один аксон, служащий для передачи нервного импульса, и дендриты — от одного до нескольких тысяч — для связи с другими нейронами.

Центральный отросток — аксон — как правило, имеет микроскопические размеры, однако в двигательных гигантских пирамидных клетках может достигать полутора метров. Таким образом, чтобы пошевелить, к примеру, пальцами ноги, достаточно всего двух нейронов, один из которых идет из коры головного мозга до спинного мозга, а второй — от спинного мозга до мышц пальцев.

Совокупность отростков нейронов принято называть белым веществом, а тела клеток представляют серое вещество. Серое вещество расположено как внутри мозга в виде ядер, так и снаружи в виде коры.

Примечательно, что в разных участках коры головного мозга пропорции тех или иных типов нейронов различаются. Это натолкнуло немецкого нейроанатома Корбиниана Бродмана на мысль о том, что каждая область коры обладает специфическими функциями.

Если говорить про химический состав, головной мозг примерно на 60% состоит из жиров, половина из которых — полиненасыщенные жирные кислоты (в частности, хорошо известная омега-3). Именно по этой причине данное вещество (в виде жирных сортов рыбы или добавок) незаменимо для здоровья и хорошей работы мозга.

— Почему так и не удается нормально подключить к жизнеобеспечению мозг или голову без тела? Простейшая же задача!

— Поддержать жизнедеятельность головы вне тела можно без проблем. Подобная манипуляция с головой собаки была впервые осуществлена американским физиологом Чарльзом Гатри еще в начале прошлого века. Позже подобные и даже более продвинутые операции проводили в Советском Союзе и Китае. Однако во всех случаях речь идет исключительно о поддержании жизнедеятельности головы, а не о ее полноценном функционировании. Сосуды «подключали» к сосудистой системе другой собаки, то есть обеспечивалось лишь питание трансплантированной головы. Очевидно, подобные эксперименты натолкнули Беляева на создание романа «Голова профессора Доуэля». На людях по этическим соображениям такие манипуляции не выполнялись.

Впечатлительным смотреть не рекомендуется. Научный фильм 1940 года: в СССР «оживили» отделенную от тела голову собаки. Вместо кровеносной системы — насосы. Голова реагирует на простые раздражители: звук, касания, лимонную кислоту.

— Я правильно понимаю, что человеческая голова, подключенная к другому телу (или к установке, как у Доуэля), будет думать и осознавать себя собой — просто не сможет двигать, условно говоря, руками и ногами?

Иллюстрация Олега Пахомова к роману Александра Беляева «Голова профессора Доуэля»

— Правильно. В то же время сшить не только сосуды, но и спинной мозг — задача вряд ли выполнимая на данном этапе технического развития. Важно не просто сопоставить концы спинного мозга донора и реципиента, но и каким-то образом с идеальной точностью соединить миллионы аксонов.

Да, порой можно услышать заявления по поводу трансплантации головы, но это не более чем хайп. Показательна нашумевшая история с итальянским нейрохирургом Серджио Канаверо, который в 2013 году объявил о готовности выполнить полноценную операцию по пересадке человеческой головы. Еще тогда я отнесся к этой идее скептически и готов был поставить на кон свою годовую зарплату. Жаль, не нашел желающих поспорить. Как видим, прошло 10 лет, а голову не только не пересадили, но даже не попытались это сделать. Разве что было проведено пару экспериментов на трупах и крысах, но и эти работы заслуживают скепсиса.

Десятки двухголовых собак и «игра в бога». Как ученые пытаются пересадить голову

— Какие части мозга за что отвечают? Без каких можно прожить?

— Ответ простирается примерно в бесконечность, целый семестр уходит только на то, чтобы постичь азы. Головной мозг развивался снизу вверх и изнутри наружу, поэтому логично рассматривать его в данной последовательности. Попробую буквально на пальцах описать лишь ключевые отделы.

Место перехода спинного мозга в головной называется продолговатым мозгом. В этой двухсантиметровой области расположены жизненно важные центры, управляющие дыханием и работой сердца. Повреждение продолговатого мозга приводит к неминуемой гибели. Это, кстати, случалось особенно часто, пока в автомобилях не появились подголовники. Дело в том, что даже при небольшом лобовом столкновении голова водителя и пассажиров запрокидывается назад, при этом продолговатый мозг буквально нанизывается на отросток второго шейного позвонка.

Выше расположен участок мозга под названием мост. Внутри продолговатого мозга и моста, кроме прочего, расположены ядра черепных нервов, иннервирующих голову. Боль, выделение слюны и слез, движение мимической и жевательной мускулатуры, языка — все это следствия функционирования черепных нервов.

За мостом и продолговатым мозгом находится мозжечок. Полагаю, все помнят со школы, что эта структура обеспечивает координацию движений и поддержание равновесия. Примечательно, что, несмотря на скромные размеры, мозжечок вмещает в себя около половины всех нейронов головного мозга!

Над мостом расположен средний мозг. Его наиболее любопытной частью являются подкорковые центры зрения и слуха. Их работа заключается в повороте головы в сторону внезапно появившегося слухового или визуального раздражителя. В комнате открылась дверь, и вы, не задумываясь, повернули голову — это заслуга среднего мозга.

Еще выше — промежуточный мозг, состоящий из таламуса и гипоталамуса. Таламус — подкорковый центр всех видов чувствительности, кроме обоняния. Зрительная, слуховая, вкусовая, температурная, болевая и прочие виды чувствительности сперва обрабатываются в этой области и лишь затем направляются на более детальный анализ в кору. А гипоталамус с гипофизом регулируют работу внутренних органов и эндокринных желез.

Финальная точка на нашем маршруте — конечный мозг, включающий базальные ядра и кору. Базальные ядра известны большинству как подкорка. «Записать на подкорку» — делать что-то автоматически. Когда вы обучаетесь какому-либо новому навыку, например езде на велосипеде или танцам, сперва приходится внимательно контролировать каждое движение. Но спустя определенное время все начинает получаться «само собой», без лишнего контроля. Значит, информация из коры, которая контролирует каждое сознательное движение, спустилась на уровень подкорки.

Прежде чем перейти к описанию коры, стоит сказать пару слов про миндалевидные тела и прилежащие ядра. Миндалевидное тело, или миндалина, — это небольшое, но важное образование, которое является кладовой наших страхов и агрессии. Прилежащие ядра, напротив, служат центрами удовольствия. Многие слышали про эксперимент с крысой, которой вживили электроды в эти самые центры удовольствия. Электроды были соединены с педалью, крыса могла сама себя стимулировать. Получив такую возможность, животное позабыло обо всем, включая еду и секс — лишь без устали барабанило по педали, до 8000 раз в час!

Кора формирует характерную складчатость с той целью, чтобы ее большая площадь смогла уместиться в черепной коробке. Если разгладить борозды и извилины одного полушария, получим размер приблизительно 30-сантиметровой пиццы.

В каждом полушарии выделяют лобную, теменную, височную и затылочную доли. Разные области коры выполняют свои функции.

В средней части каждого полушария можно заметить две вертикально расположенные извилины. Передняя (прецентральная) отвечает за произвольные движения, задняя (постцентральная) — за общую чувствительность (температура, боль, прикосновения и прочее). Данные извилины устроены в виде перевернутых вверх ногами человечков — гомункулусов.

На схеме Пенфилда распределены зоны ответственности прецентральной и постцентральной извилин

Височная доля отвечает за слух, затылочная обрабатывает изображения, теменная объединяет эти данные, что позволяет человеку ощущать свое тело в пространстве.

Префронтальная кора заслуживает отдельного внимания. Этот отдел мозга отвечает за критическое мышление, самоконтроль, способность решать задачи и планировать действия.

Значительная часть коры, выстилающая внутреннюю поверхности полушария, обслуживает эмоциональную систему — лимбическую.

Если раздвинуть глубокую борозду, отделяющую лобную долю от височной, на дне можно обнаружить еще один участок коры под названием островок. Он отвечает преимущественно за раздражение и отвращение.

Еще одним скрытым участком коры, который можно обнаружить лишь на срезе, является гиппокамп, который отвечает за кратковременную память и ориентацию в пространстве.

Возвращаясь к вопросу о том, без какой части мозга можно прожить, отвечу: без коры, мозжечка и даже без целого полушария — главное, чтобы продолговатый мозг остался цел.

Правда, жизнью это назвать сложно — скорее существованием.

— Почему мозг иногда хочет то, что не полезно, опасно?

— Дело в том, что мозговая активность, обеспечивающая процесс сознания и подсознания, — это одновременная работа множества отделов головного мозга, формирующих нейронную сеть. Чем более сложную задачу выполняет человек, тем большее количество областей мозга включено в ее обработку. Зачастую различные отделы конкурируют между собой. Особенно ярко это проявляется в борьбе префронтальной коры и лимбической системы.

Напомним: лимбическая система — эмоциональная. Это древняя часть мозга, действующая интуитивно и мгновенно еще до того, как мы успеваем это осознать. Префронтальная кора лобной доли — это эволюционно новый отдел мозга, куда более умный, но при этом медленный, ленивый и энергозатратный. Префронтальная кора является высшим когнитивным центром, который отвечает за самоконтроль и концентрацию внимания. Вот данный отдел и помогает держать лимбическую систему под контролем.

В силу разных причин (повреждение, усталость, алкоголь и прочее) префронтальная кора может терять контроль над эмоциональной системой. Это, как правило, и приводит к необдуманным импульсивным поступкам.

— Ясно, что от особенностей мозга зависят характер и способности (кроме внешних факторов). Нельзя ли по этим параметрам определять, кто предрасположен стать спортсменом, музыкантом, бандитом, ученым?..

— Безусловно, социальные факторы вносят существенный вклад, однако не менее важны структурно-функциональные аспекты мозга. Как анатом, я ни разу не видел два одинаковых мозга. Более того, те или иные области могут различаться в несколько, а то и в десятки раз. Это значит, что, к примеру, Маша может в 10 раз глубже чувствовать и понимать музыку, а Миша в 5 раз более одарен по части сексуальной чувствительности и в 7 раз более предрасположен к изобразительным искусствам. Подобные наблюдения справедливы в отношении экспрессии эмоций, прочих черт характера.

Что касается возможности прижизненных измерений мозговых способностей, профессор Сергей Савельев (советский ученый, кандидат биологических наук, автор оригинальных и спорных теорий. — Прим. Onlíner) давно предлагает идею церебрального сортинга. Это деление людей на основе структурных особенностей строения их мозга. Но подобная работа так и не начата. Возможно, не все желают, чтобы их мозг исследовали подобным образом.

Спецпроект подготовлен при поддержке СООО «Мобильные ТелеСистемы» УНП 800013732.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Автор: Андрей Рудь. Фото: Александр Ружечка. Иллюстрации: Максим Тарналицкий.